圖像旋轉(zhuǎn)操作對JPEG數(shù)碼照片Exif信息的修改

劉 濤，楊 鳴

（重慶市公安局物證鑒定中心，重慶 400707）

JPEG格式的數(shù)碼照片廣泛地應(yīng)用于日常生活和工作中[1–2]。在數(shù)碼照片拍攝完成后為了便于瀏覽，有時需要對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，最常見的就是橫幅照片旋轉(zhuǎn)為豎幅照片。很多相機(jī)自身帶有照片旋轉(zhuǎn)操作功能，在相機(jī)內(nèi)部即可對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時眾多的看圖軟件均具備圖像旋轉(zhuǎn)操作功能，在瀏覽時可對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。直接觀察旋轉(zhuǎn)操作前后照片，幾乎不會發(fā)現(xiàn)明顯的差別，但實(shí)際上數(shù)碼照片中的不可見信息特別是Exif（Exchangeable Image File, 可交換圖像文件）[1,3]信息很有可能被修改從而導(dǎo)致數(shù)碼照片失去了其原始性。本文通過分析旋轉(zhuǎn)操作前后JPEG數(shù)碼照片Exif信息的變化，討論了旋轉(zhuǎn)操作對JPEG數(shù)碼照片原始Exif信息以及數(shù)碼照片原始性的影響，對重要照片如現(xiàn)場勘驗(yàn)、物證、公證等各類照片的保存、瀏覽等操作提出相關(guān)建議。

1 Exif信息

Exif信息提供了照片拍攝時的各類參數(shù)，包括相機(jī)品牌型號、拍攝參數(shù)、拍攝時間、修改時間等各類信息[4]，Exif信息是開放型信息，多種圖像處理軟件的編輯修改均會改變照片中的Exif信息，一些專業(yè)處理軟件也可以針對照片中特定字段的值進(jìn)行修改[4–5]。諸如Windows照片查看器、ACDSee、Lightroom等圖像瀏覽軟件都可以提取照片的部分Exif信息，也可以利用Ultraedit等文本編輯器，通過分析圖像編碼獲得更為準(zhǔn)確、完整的Exif信息。

2 照片的旋轉(zhuǎn)操作

使用佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片為實(shí)驗(yàn)樣本，利用佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)自身的旋轉(zhuǎn)功能對照片進(jìn)行90°和270°旋轉(zhuǎn)操作，選用Windows照片查看器、ACDSee 17(版本：17.1)、光影看圖（版本：1.1.1.50）、Picasa 3(版本：3.9.141)、Lightroom5（版本：5.6），這五款常用的看圖軟件分別在順時針和逆時針方向上對照片進(jìn)行90°、180°、270°旋轉(zhuǎn)操作，旋轉(zhuǎn)操作以90°為旋轉(zhuǎn)單位，每點(diǎn)擊一次旋轉(zhuǎn)操作，圖片旋轉(zhuǎn)90°。對每張照片通過Hash（版本：1.04）軟件獲得MD5值并進(jìn)行比較[6–7]，利用文本編輯器Ultraedit（版本：21.20.0.1001）顯示每張照片的十六進(jìn)制編碼，對相應(yīng)的Exif信息進(jìn)行分析和比較。

2.1 佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部對照片的旋轉(zhuǎn)

佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部只提供了兩種旋轉(zhuǎn)方式，順時針90°和270°旋轉(zhuǎn)操作，如圖1所示，原始照片為橫幅照片，經(jīng)過在相機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)90°或270°后成為豎幅照片。表1給出了原始照片和相機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)后照片的尺寸、文件大小和相應(yīng)的MD5值，從中可以看到這三張照片的尺寸、文件大小相同，但MD5值彼此不相同。MD5值的不同表明旋轉(zhuǎn)操作改變了照片的原始性，利用Ultraedit對三張照片的Exif信息進(jìn)行分析比較，可以看到這三張照片的Exif信息中僅僅是標(biāo)簽為“0x0112”的目錄項(xiàng)所對應(yīng)的值彼此不相同，如圖2所示，“0x0112”對應(yīng)的標(biāo)簽名為“Orientation”[3]。 佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)操作只改變了照片Exif信息中標(biāo)簽名為“Orientation”一個字節(jié)的值，其它部分的信息均沒有發(fā)生變化，從而照片的大小保持不變，Exif信息中記錄照片寬高尺寸的標(biāo)簽“0xa002”（ExifImageWidth）和“0xa003”（ExifImageHeight）對應(yīng)的值沒有變化，盡管照片由原來的橫幅照片變?yōu)榱素Q幅照片，但從照片Exif信息中讀出的照片寬高數(shù)值并沒有隨著旋轉(zhuǎn)操作而改變，仍為原始照片給出的寬高值，如表1所示。

圖1 a. 佳能5DII相機(jī)拍攝的原始照片；b. 照片在相機(jī)內(nèi)部順時針旋轉(zhuǎn)90°；c. 照片在相機(jī)內(nèi)部順時針旋轉(zhuǎn)270°Fig.1 The original photo shot by a Canon 5D II digital SLR camera (a); The original photo rotated to 90° (b) and 270° (c) clockwise inside the 5DII

表1 佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)順時針轉(zhuǎn)動90°和270°后的照片部分屬性和MD5值Table 1 Changing of MD5 values of the photo rotated to 90° and 270° clockwise inside the Canon 5D II digital SLR camera

圖2 部分Exif信息 (a.原始照片；b.順時針旋轉(zhuǎn)90°；c. 順時針旋轉(zhuǎn)270°)Fig.2 Partial Exif information (a. the original photo; b. 90° clockwise rotation; c. 270° clockwise rotation)

2.2 Windows照片查看器對照片的旋轉(zhuǎn)

利用Windows照片查看器，在順時針和逆時針方向上對照片進(jìn)行90°、180°、270°旋轉(zhuǎn)操作，得到的照片與原始照片MD5值都不相同。以Windows照片查看器順時針旋轉(zhuǎn)90°為例，旋轉(zhuǎn)后的照片增加了“0xFFE0（APP0）”標(biāo)簽，字節(jié)序由原來的“小端字節(jié)序”變?yōu)椤按蠖俗止?jié)序”，增加了“0x0131(Software)”標(biāo)簽及其值“Microsoft Windows Photo Viewer 6.1.7600.16385”，代表“修改時間”的標(biāo)簽“0x0132(DateTime)”變成照片旋轉(zhuǎn)操作時的時間（如圖3a和圖3b所示），旋轉(zhuǎn)后的照片在“0xFFE0(App1)”數(shù)據(jù)域增加了“XMP”信息（見圖3c），以及縮略圖等其它數(shù)據(jù)段的變化。照片按照順時針90°和逆時針270°旋轉(zhuǎn)后得到的照片效果是相同的，對這兩張照片進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)只在代表“修改時間”的標(biāo)簽“0x0132(DateTime)”的值不同，其它數(shù)據(jù)段均相同，同樣，逆時針90°和順時針270°、順時針180°和逆時針180°旋轉(zhuǎn)操作表現(xiàn)出的特點(diǎn)也是一樣的。

圖3 Windows照片查看器順時針90°旋轉(zhuǎn)后照片的部分Exif信息Fig.3 Partial Exif information of the photo rotated to 90° clockwise by Microsoft Windows Photo Viewer.

2.3 Acdsee17對照片的旋轉(zhuǎn)

利用Acdsee17的Quick View在順時針和逆時針方向上對原始照片進(jìn)行90°、180°、270°旋轉(zhuǎn)操作，按照軟件默認(rèn)的參數(shù)設(shè)置保存旋轉(zhuǎn)后的照片。旋轉(zhuǎn)后照片增加了 “0xFFE0（APP0）”標(biāo)簽，字節(jié)序保持原始照片的“小端字節(jié)序”不變，增加了“0x0131(Software)”標(biāo)簽及其值“ACDSee Quick View”，代表“修改時間”的標(biāo)簽“0x0132(DateTime)”修改為照片旋轉(zhuǎn)操作時的時間，標(biāo)簽“0x9290(SubSecTime)”的值也發(fā)生了變化，如圖4所示。照片按照順時針90°和逆時針270°、逆時針90°和順時針270°、順時針180°和逆時針180°旋轉(zhuǎn)操作后得到的照片只在標(biāo)簽“0x0132(DateTime)”和“0x9290(SubSecTime)”所對應(yīng)的值不同，其它數(shù)據(jù)段相同。

2.4 光影看圖對照片的旋轉(zhuǎn)

利用光影看圖在順時針和逆時針方向上對原始照片進(jìn)行90°、180°、270°旋轉(zhuǎn)操作，在旋轉(zhuǎn)后的照片中未發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽“0x0131(Software)”，標(biāo)簽“0x0132(DateTime)”的值仍為照片拍攝時間，未在照片的Exif信息中發(fā)現(xiàn)照片修改時間。同時，旋轉(zhuǎn)后照片Exif信息中代表縮略圖數(shù)據(jù)段的IFD1信息丟失，如圖5所示。與原始照片相比，旋轉(zhuǎn)后照片的數(shù)據(jù)部分要少很多。同時注意到順時針90°和逆時針270°旋轉(zhuǎn)后的照片MD5相同，逆時針90°和順時針270°旋轉(zhuǎn)后的照片MD5相同、順時針180°和逆時針180°旋轉(zhuǎn)后的照片MD5也相同。

2.5 Picasa和Lightroom5對照片的旋轉(zhuǎn)

利用Picasa 3和Lightroom5在瀏覽圖片時對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，操作前后照片的Exif信息未發(fā)生變化，照片的MD5值也保持不變。

圖4 Acdsee17順時針90°旋轉(zhuǎn)后照片的部分Exif信息Fig.4 Partial Exif information of the photo rotated to 90° clockwise by Acdsee17

圖5 照片縮略圖數(shù)據(jù)段IFD1地址的偏移量(a.原始照片；b.光影看圖旋轉(zhuǎn)90°后的照片)Fig.5 Offset of IFD1 of the data of the photo’s abbreviated image(a. The original photo; b. rotated to 90° clockwise by Neoimage)

3 分析與討論

佳能5DII單反數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部對照片的旋轉(zhuǎn)操作僅改變了Exif信息中標(biāo)簽為“0x0112 (Orientation)”一個字節(jié)的數(shù)值，盡管只有一個字節(jié)的改變，照片的原始性已經(jīng)發(fā)生了變化。Windows照片查看器，ACDSee 17以及光影看圖圖像瀏覽軟件的旋轉(zhuǎn)操作對照片的Exif信息存在較大的修改，旋轉(zhuǎn)后的照片不再具備原有的原始性，經(jīng)Windows照片查看器和ACDSee 17旋轉(zhuǎn)的照片，其Exif信息記錄了旋轉(zhuǎn)軟件的名稱、操作時間及其它相關(guān)內(nèi)容，但光影看圖的旋轉(zhuǎn)操作并沒有給出同樣的記錄。在通常情況下，ACDSee 17、光影看圖等看圖軟件在對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作后都會提示是否保存旋轉(zhuǎn)后的照片，但是Windows照片查看器不會給出提示，直接覆蓋原圖，這就容易在不經(jīng)意間改變了原始數(shù)碼照片的Exif信息，造成照片原始性的破壞。在利用Picasa 3和Lightroom5瀏覽照片時，對照片的旋轉(zhuǎn)操作沒有改變照片的MD5值，不會破壞照片的原始性，這主要是因?yàn)镻icasa 3和Lightroom5此類軟件在對照片進(jìn)行操作時使用額外的文件來記錄照片的屬性以及操作步驟等[8]，并不直接對原始照片進(jìn)行操作從而避免了對照片原始性的破壞。

4 總結(jié)

數(shù)碼照片是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字文件的形式反映客觀現(xiàn)實(shí)的光學(xué)成像圖像。在司法鑒定和法庭科學(xué)領(lǐng)域，需要考慮數(shù)碼照片的原始性和真實(shí)性[9]，數(shù)碼照片作為一種電子文件，很容易因各種操作引起信息特別是Exif信息的改變，盡管一些操作不會使照片所反映的成像規(guī)律和客觀事實(shí)產(chǎn)生本質(zhì)的改變，但是往往會破壞照片的原始性，容易給司法鑒定和法庭科學(xué)相關(guān)工作帶來消極影響，這就要求在對重要照片如現(xiàn)場勘驗(yàn)照片、物證照片、公證照片等各類照片的保存和瀏覽時需要特別注意保護(hù)此類文件的原始性。建議完成拍攝后在相機(jī)內(nèi)部不要對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，導(dǎo)出照片后首先設(shè)置照片的屬性為“只讀”，然后提取照片的MD5值，并對照片和提取的MD5值進(jìn)行妥善保存和備份。對照片進(jìn)行瀏覽要選用不會破壞照片原始性的圖像瀏覽軟件，以避免瀏覽過程中瀏覽軟件對照片信息的修改。

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[2] 趙潔,郭繼昌,張艷. 利用塊效應(yīng)特征的JPEG圖像盲取證研究進(jìn)展[J]. 中國圖象圖形學(xué)報,2013(6): 613-620.

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[4] 劉猜. 利用Exif信息內(nèi)容鑒定數(shù)碼照片[J]. 中國司法鑒定,2010(5): 49-51.

[5] 盧啟萌,施少培. Exif信息在數(shù)碼照片真實(shí)性鑒定中的應(yīng)用[J]. 中國司法鑒定,2012(5): 86-90.

[6] 張裔智,趙毅,湯小斌. MD5算法研究[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué),2008(7): 295-297.

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[8] 秋涼. Lightroom 5高手之道數(shù)碼攝影后期處理完全手冊[M].北京:人民郵電出版社,2013.

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