數(shù)字圖像篡改檢測(cè)技術(shù)研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

數(shù)字圖像篡改檢測(cè)技術(shù)研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：現(xiàn)如今，數(shù)碼設(shè)備的應(yīng)用逐漸廣泛，圖像處理軟件的操作也相對(duì)簡(jiǎn)易，這給我們美化、修飾圖像帶來了諸多便利，但同時(shí)也隱藏著一定的危害——圖像篡改的門檻越來越低，且越來越不容易被察覺。這些被篡改的數(shù)字圖像如果被別有用心者利用，再借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行大肆傳播，造成的不良后果和影響將難以估量。魔高一尺，道高一丈。本文針對(duì)當(dāng)前圖像篡改愈演愈烈的現(xiàn)實(shí)，重點(diǎn)研究針對(duì)圖像內(nèi)容的篡改方式以及對(duì)各種篡改的檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像;圖像篡改;信息安全;檢測(cè)技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步，數(shù)碼設(shè)備的分辨率越來越高，各種圖像處理軟件的功能也越來越強(qiáng)大，如果這些被篡改的圖像應(yīng)用到醫(yī)學(xué)鑒定、新聞報(bào)道以及司法取證等環(huán)節(jié)中時(shí)，極易混淆視聽、是非不辨，容易誤導(dǎo)民眾信以為真，給整個(gè)社會(huì)帶來的負(fù)面影響在短期內(nèi)都無法消除。為了最大限度降低因圖像篡改而給社會(huì)、組織、個(gè)人帶來的負(fù)面影響，本文結(jié)合當(dāng)前圖像篡改常見的幾種類型，重點(diǎn)剖析了每種篡改方式，并根據(jù)其篡改原理提出了有針對(duì)性的檢測(cè)技術(shù)。

1.圖像內(nèi)容真實(shí)性篡改

在上述幾種圖像篡改方式中，本文主要介紹其中最為常見、使用最廣泛的——圖像內(nèi)容篡改，即篡改者通過一定的技術(shù)手段篡改圖像內(nèi)容，使圖像呈現(xiàn)出與原本不同甚至截然相反的信息。

具體來說，圖像內(nèi)容的篡改大致包括四類，分別是圖像變形、圖像潤(rùn)飾、圖像增強(qiáng)以及圖像拼接：

（1）圖像變形

這一方法指的是借助某種手段，將將某個(gè)對(duì)象逐漸演變成另一個(gè)對(duì)象的過程，或是將幾個(gè)對(duì)象整合成一個(gè)綜合體。

（2）圖像潤(rùn)飾

這一方法的主要作用是讓篡改之后的圖像更加“真實(shí)”，即清除掉所有可能被識(shí)別的圖像篡改痕跡，其所借助的手段可以分為修補(bǔ)、羽化、銳化以及模糊等幾種。

（3）圖像增強(qiáng)

這一技術(shù)主要用來突出整體圖像中的某一特殊個(gè)體，在實(shí)際操作過程中主要是改變特定個(gè)體的背景色、顏色以及對(duì)比等個(gè)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)數(shù)據(jù)[1]，淡化或者突出相應(yīng)的人或物，其最基本的特點(diǎn)是對(duì)圖像整體內(nèi)容的改變不太顯著。

（4）圖像拼接

這一技術(shù)是將兩幅圖像具有標(biāo)志特征的像素點(diǎn)找出，并利用相應(yīng)的技術(shù)手段將一幅圖像中的特征的像素漸變?yōu)榱硪粋€(gè)圖像中的特征像素。

2.基于圖像篡改遺留痕跡特征的鑒別

數(shù)字圖像真實(shí)性的篡改方式有很多種，如“復(fù)制——粘貼”方式、圖像要素的篡改、不同圖像的拼接合成等，利用這些技術(shù)篡改之后的圖像僅憑肉眼難以區(qū)分，但是我們可以借助技術(shù)手段加以甄別。因?yàn)闊o論如何高明的篡改手段，只要應(yīng)用到了數(shù)字圖像之上，并定會(huì)遺留下或多或少的痕跡，正如我們用鉛筆在之上寫字，再用橡皮擦掉是同樣的道理，外在的痕跡被擦除了，但深深印在紙上的痕跡缺“入紙三分”[2]。

根據(jù)篡改方式，圖像拼接包含了復(fù)制、粘貼以及旋轉(zhuǎn)縮放等操作，復(fù)制粘貼分為兩種類型，一種是在同幅圖像內(nèi)的復(fù)制粘貼，這種操作會(huì)導(dǎo)致同一幅圖像中不同區(qū)域有相同的像素點(diǎn)特性;另一種是不同圖像的復(fù)制粘貼，這種會(huì)導(dǎo)致不同區(qū)域具有不同的來源特征或不同的圖像統(tǒng)計(jì)特征。

（1）同幅圖像內(nèi)的“復(fù)制——粘貼”

如果在同幅圖像內(nèi)采用“復(fù)制——粘貼”的篡改方式，那么會(huì)造成圖像源區(qū)域與篡改區(qū)域二者之間的高度一致性。

借助這一特征，我們?cè)卺槍?duì)同幅圖像內(nèi)的“復(fù)制——粘貼”篡改方式時(shí)，最常采用的識(shí)別技術(shù)是匹配搜索。

（2）不同圖像間的“復(fù)制——粘貼”

在實(shí)際應(yīng)用中，不同圖像之間“復(fù)制——粘貼”的篡改方式更為常見。借助這一技術(shù)拼接到一起的圖像，識(shí)別難度要低于上述的再同幅圖像內(nèi)的“復(fù)制——粘貼”的圖像。我們?cè)谧R(shí)別這一類被篡改的圖像時(shí)，要想檢測(cè)出篡改的圖像區(qū)域，可以分析圖像本身的特征分析或是對(duì)羽化值。

3.基于成像設(shè)備一致性的真實(shí)性檢測(cè)

（1）基于CFA插值一致性的檢測(cè)

如果對(duì)一幅圖像進(jìn)行了人為篡改，“彩色濾鏡”（CFA）的插值會(huì)留下變化過的痕跡。目前常用的數(shù)碼相機(jī)大多用CCD/CMOS感光器件，并且一般只有一個(gè)單色的感光器件，所以在數(shù)字圖像的成像過程中，成像傳感器在一個(gè)像素點(diǎn)上只能獲取RGB當(dāng)中一種信息，每個(gè)像素只能得到RGB三通道中的一種顏色，其余兩種顏色信息由“彩色濾鏡”（CFA）插值得到。

（2）模式噪聲一致性檢測(cè)

一幅原始的圖像帶有相機(jī)特有的模式噪聲。一般而言，如果兩款相機(jī)的模式噪聲不同，則證明這是兩款不同型號(hào)的相機(jī)。如果圖像中的某一區(qū)域中的模式噪聲區(qū)別于其他區(qū)域，那么可證明此區(qū)域是被篡改的。

（3）相機(jī)響應(yīng)函數(shù)一致性檢測(cè)

相機(jī)響應(yīng)函數(shù)CRF（cameraresponsefunction）是相機(jī)的特性之一，它將CCD傳感器感應(yīng)到的輻照度轉(zhuǎn)換成亮度值，最后以底片或數(shù)字的形式記錄下來[5]。不同的相機(jī)具有不同的響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)單幅圖像中不同色彩間的邊緣像素來進(jìn)行推算，進(jìn)而估計(jì)不同區(qū)域的響應(yīng)函數(shù)[3]，如果結(jié)果不一致則可認(rèn)為圖像經(jīng)過了人為篡改。

（4）基于色差一致性檢測(cè)

數(shù)字圖像獲取設(shè)備的感光器件是圖像獲取的重要因素，它不同于成像相對(duì)穩(wěn)定的膠片相機(jī)，不同數(shù)字圖像獲取設(shè)備對(duì)自然場(chǎng)景拍攝出的照片會(huì)顯示出不同的視覺效果，這是因?yàn)閿?shù)碼相機(jī)等成像設(shè)備在對(duì)自然場(chǎng)景成像過程中產(chǎn)生失真，我們稱這種由于感光器件對(duì)不同光線聚焦不準(zhǔn)確的失真為色差。這種失真通常分為兩類：橫向的失真誤差和縱向的失真誤差?；跈M向的色差較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，對(duì)橫向色差進(jìn)行建模，計(jì)算后分析對(duì)比每個(gè)顏色相向通道的關(guān)聯(lián)情況，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑區(qū)域的定位。

4.結(jié)論

針對(duì)數(shù)字圖像篡改的檢測(cè)是一項(xiàng)