淺析復(fù)制拼接圖像檢驗(yàn)技術(shù)

韋強(qiáng)寶

（南京森林警察學(xué)院，南京 210023）

Technology Study

淺析復(fù)制拼接圖像檢驗(yàn)技術(shù)

韋強(qiáng)寶

（南京森林警察學(xué)院，南京 210023）

基于圖像拍攝設(shè)備和數(shù)字圖像自動(dòng)化編輯軟件的普及型，在使用Photoshop對(duì)照片進(jìn)行復(fù)制拼接后，使得圖像表達(dá)出的客觀信息不完全真實(shí)，給社會(huì)帶來嚴(yán)重信任危機(jī)。如何分析判斷圖像的真實(shí)性是當(dāng)今信息化發(fā)展的難題，因此具有重大的研究意義。本文對(duì)數(shù)字圖像復(fù)制拼接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并檢驗(yàn)其真實(shí)性。

數(shù)字圖像；復(fù)制拼接；圖像檢驗(yàn)

1 引言

篡改圖像肉眼難以察覺，這些狀況給數(shù)字圖像在新聞、法律、科學(xué)和金融領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了大的麻煩，因此有必要對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 圖像復(fù)制拼接檢驗(yàn)概述

2.1 圖像復(fù)制拼接的概念及分類

圖像復(fù)制拼接技術(shù)主要是指在圖像篡改中對(duì)兩幅不同的圖像進(jìn)行的拼接，在這種拼接中并不是把兩個(gè)真實(shí)場(chǎng)景的事物進(jìn)行拼接，而是把兩個(gè)不同場(chǎng)景的事物拼接在一起實(shí)現(xiàn)圖像內(nèi)容的篡改，在拼接的過程中也不會(huì)使用特征點(diǎn)匹配（因?yàn)楦疽膊淮嬖谶@樣的特征點(diǎn)），而主要是通過圖像處理軟件提供的一些功能實(shí)現(xiàn)圖像拼接內(nèi)容的選取（比如在Photoshop中提供的索套功能），并對(duì)選取的內(nèi)容進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)等處理后粘貼到其他圖像上完成圖像的拼接，在拼接完成后有時(shí)候?yàn)榱搜谏w拼接的痕跡還會(huì)進(jìn)行一些后期的處理，比如模糊處理、再壓縮等。在拼接篡改時(shí)一般有一幅圖像是主圖像，也就是它占據(jù)拼接圖像的主體，我們把它稱為原圖像，而粘貼到其中的部分稱為拼接部分。

圖像復(fù)制拼接主要分為同源性和多源性兩種。其中，使用Photoshop對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行復(fù)制拼接時(shí)，對(duì)同一張照片中的特定區(qū)域使用仿制圖章工具，將該區(qū)域的圖像復(fù)制到另一區(qū)域的操作稱為同源性圖像復(fù)制拼接。同理，使用兩張或多張照片復(fù)制拼接圖像時(shí)，稱為多源性圖像復(fù)制拼接。

2.2 圖像復(fù)制拼接檢驗(yàn)的過程

對(duì)于拼接圖像的認(rèn)證檢測(cè)來講，首先需要進(jìn)行判定的是它是否一幅拼接的圖像，然后就是這幅拼接圖像是由哪些部分構(gòu)成（也就是拼接內(nèi)容在哪里）。如果由于圖像篡改后的修飾技術(shù)掩蓋了其拼接特性，不能直接得到拼接圖像的檢測(cè)結(jié)果，我們還可以通過檢測(cè)其處理痕跡來實(shí)現(xiàn)拼接的檢測(cè)或者圖像真實(shí)性的懷疑。因此，在本文對(duì)于拼接圖像的檢測(cè)中我們主要依據(jù)以下的系統(tǒng)流程來實(shí)現(xiàn)拼接圖像的檢測(cè)。

待檢測(cè)圖像首先根據(jù)確定的特征提取整體特征值，然后利用標(biāo)準(zhǔn)庫的訓(xùn)練結(jié)果對(duì)特征值進(jìn)行自動(dòng)分類。如果檢測(cè)結(jié)果為拼接圖像，那么可以使用局部特征一致性檢測(cè)方法，確定拼接的內(nèi)容，這也是一個(gè)拼接圖像最簡(jiǎn)單的檢測(cè)過程。如果待測(cè)圖像不能通過分類的方式確定其拼接特性，可以對(duì)其直接進(jìn)行局部特征一致性檢測(cè)確定其憑借特性（有時(shí)候整體拼接特性和局部拼接特性是無關(guān)的，例如局部的光照一致性），也可以對(duì)其進(jìn)行處理痕跡檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其異常處理痕跡，而如果這些痕跡可以直接判斷為拼接圖像，則可以直接得到拼接的檢測(cè)結(jié)果，否則這些痕跡只能是作為懷疑圖像真實(shí)性的一種證據(jù)。通過以上分析可以看出，要實(shí)現(xiàn)拼接圖像的系統(tǒng)檢測(cè)，需要從拼接圖像的整體分類技術(shù)、拼接圖像的拼接內(nèi)容定位技術(shù)及圖像異常處理過程檢測(cè)三個(gè)方面完成。

3 圖像復(fù)制拼接的檢驗(yàn)技術(shù)

3.1 一般性檢驗(yàn)

經(jīng)過同源性圖像復(fù)制拼接，不會(huì)破壞該圖像的像素差值，在光照角度、色調(diào)上很難發(fā)現(xiàn)修改跡象。但在圖像中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)相同的區(qū)域塊，通過肉眼觀察分別比較，能根據(jù)線條特征找到兩個(gè)相同的區(qū)域。由于不同數(shù)字圖像的像素不一致，經(jīng)過多源性圖像復(fù)制拼接后，對(duì)圖像進(jìn)行不同比例的放大觀察，某一區(qū)域的像素模糊度與周圍區(qū)域模糊度不一致時(shí)，可知該區(qū)域被篡改過。打開一張已經(jīng)篡改過天空的圖（圖1），將圖中天空區(qū)域與地面建筑各放大500%對(duì)比，觀察到該兩處區(qū)域經(jīng)放大后線條邊緣處模糊度不一致（圖2）。

圖1 已篡改圖像

圖2 篡改圖像放大500%對(duì)比圖

3.2 盲檢驗(yàn)法

數(shù)字圖像盲檢測(cè)技術(shù)無需事先加入水印防護(hù)，可對(duì)任意尺寸、像素、來源的圖像進(jìn)行檢驗(yàn)。通過研究大量圖像在不同儀器成像時(shí)的壓縮碼率和噪聲特征等，建立圖像特征庫、算法和判別閾值，從而定位篡改區(qū)域。盲檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)大量已標(biāo)記的篡改圖像與原始圖像進(jìn)行矩陣分析、CFA插值檢測(cè)、JPEG雙壓縮檢測(cè)等，并借助matble建立相應(yīng)提取圖像特征算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像檢測(cè)的高辨別率。過程示意圖見圖3。

圖3 盲檢驗(yàn)原理過程圖

3.3 細(xì)節(jié)特征法

圖像經(jīng)過復(fù)制拼接后，在篡改圖層與原圖層銜接處出現(xiàn)毛邊、線條過渡不完整、明暗不一致等現(xiàn)象。在Photoshop下將圖像放大至像素顆粒狀，即可觀察到篡改的區(qū)域，如圖4和圖5所示。

圖4 待檢測(cè)圖像

圖5 細(xì)節(jié)邊緣處不平滑

3.4 光照一致法

數(shù)字圖像的形成受到光的限制影響，在一幅圖像中相同光照條件下不同物體受到的照射方向、照射光強(qiáng)度、陰影部位均一致。根據(jù)該成像原理可以通過建立光照方向輔助線，對(duì)嫌疑圖像進(jìn)行檢測(cè)。如圖6和圖7所示。

圖6 光照一致法

圖7 光照一致法

3.5 色差檢測(cè)法

根據(jù)相機(jī)CCD成像原理，在光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)時(shí)，受到光照強(qiáng)度的影響，導(dǎo)致拍攝得到的不同圖像間的色溫略有差別。因此復(fù)制拼接圖像時(shí)，被篡改區(qū)域的色溫與周圍區(qū)域的色溫差不能滿足兩個(gè)區(qū)域間距與色溫閾值的函數(shù)關(guān)系時(shí)，可判斷圖像非原始圖像。目前，國內(nèi)學(xué)者孫鵬等人提出一種色溫估計(jì)的復(fù)制拼接檢驗(yàn)圖像方法，利用圖像中不同區(qū)域之間的色溫距離計(jì)算結(jié)果揭示了復(fù)制拼接圖像中存在的色溫不一致現(xiàn)象，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有較高的檢驗(yàn)正確率。該方法也具有一點(diǎn)的局限性，如果待檢驗(yàn)的數(shù)字圖像為黑白照片時(shí)，那色溫差檢測(cè)法是否還有效，是值得我們下一階段去研究的。

4 結(jié)束語

數(shù)字圖像篡改檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，但任然存在檢測(cè)方法單一、檢測(cè)成功率低等亟待解決的問題，這也是數(shù)字圖像檢驗(yàn)技術(shù)的下一個(gè)突破點(diǎn)。由于數(shù)字圖像檢驗(yàn)技術(shù)涉及的領(lǐng)域較廣泛，如線性代數(shù)、概率論、Visual C+語言、Matble等，仍需要結(jié)合更多學(xué)科理論知識(shí)，對(duì)圖像檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行深入研究和大量模擬實(shí)驗(yàn)。

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Analysis of Copy Mosaic Image Inspection Technology

Wei Qiangbao
(Nanjing Forest Police Academy,Nanjing,210023)

Based on image device and digital image editing software for affordable automation,after using Photoshop to copy Mosaic pictures,makes the image expresses the objective information is not completely true,and to the society brings serious crisis of confidence.How to analyse and judge the authenticity of the image is difficult problem of the development of information technology today,so it is of great research significance.In this paper,the digital copy Mosaic experiment and testing its authenticity.

digital image;copy mosaic;image inspection

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.007

TP319 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2016）05-0022-03