專利名稱：抗裁剪的jpeg圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像檢測(cè)方法，尤其是一種圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著數(shù)字圖像應(yīng)用的日益普及，數(shù)字圖像編輯處理工具也越來(lái)越先進(jìn)，利用這些工具可以容易地修改圖像內(nèi)容，并使得人眼難以覺(jué)察出偽造的痕跡。近年來(lái)，在政界、 新聞出版界和科學(xué)界等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)了不少令人震驚的數(shù)字圖像篡改和偽造的案件，因此迫切需要對(duì)圖像的真實(shí)性進(jìn)行檢驗(yàn)。傳統(tǒng)上，在鑒別圖像真?zhèn)螘r(shí)，采用事先在數(shù)字圖像中嵌入數(shù)字水印或簽名的方法一圖像主動(dòng)認(rèn)證。但是，此方法不足以解決現(xiàn)實(shí)中案件圖像往往無(wú)水印的問(wèn)題。針對(duì)沒(méi)有嵌入數(shù)字水印或簽名的篡改圖像，對(duì)其進(jìn)行真?zhèn)蔚臋z驗(yàn)一圖像被動(dòng)認(rèn)證，成為圖像證據(jù)學(xué)領(lǐng)域新的研究方向。圖像被動(dòng)認(rèn)證是指不需要原圖像的先驗(yàn)知識(shí)作參考，而直接依據(jù)某種認(rèn)證方法對(duì)目標(biāo)圖像的真?zhèn)魏蛠?lái)源進(jìn)行鑒別和取證，也稱為盲被動(dòng)圖像檢測(cè)，它為圖像認(rèn)證開(kāi)辟了一條新的道路。數(shù)字圖像被動(dòng)認(rèn)證的主要目的是鑒別圖像內(nèi)容的真實(shí)性、完整性、原始性和一致性。圖像被動(dòng)認(rèn)證技術(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)中圖像過(guò)濾、電子政務(wù)和電子商務(wù)系統(tǒng)中文書和證書圖像的鑒定、法律證據(jù)圖像的取證和軍事圖像信息的鑒別等，具有廣闊的應(yīng)用前景。JPEG是數(shù)碼相機(jī)和掃描儀等數(shù)字圖像獲取設(shè)備支持最廣泛的圖像壓縮編碼格式， 也是網(wǎng)絡(luò)中最流行的圖像格式壓縮編碼之一，因此，基于JPEG的圖像篡改檢測(cè)有著非常重要的實(shí)用價(jià)值。針對(duì)JPEG壓縮特性，學(xué)者提出了多種被動(dòng)取證的方法如JPEG壓縮歷史檢測(cè)，即從一個(gè)非壓縮的位圖文件估計(jì)該文件是否由JPEG壓縮文件格式轉(zhuǎn)換而來(lái)；估計(jì)JPEG雙重壓縮原始量化步長(zhǎng)；利用JPEG 二次壓縮進(jìn)行合成圖像檢測(cè)；根據(jù)圖像的塊效應(yīng)測(cè)度不一致性檢測(cè)篡改區(qū)域；以及利用支持向量機(jī)對(duì)待測(cè)圖像進(jìn)行合成圖像與自然圖像的分類。上述現(xiàn)有方法可概括為兩類一是利用兩次壓縮因子不一致性進(jìn)行檢測(cè)；二是利用JPEG壓縮塊位置不一致性進(jìn)行檢測(cè)。然而，JPEG圖像經(jīng)過(guò)裁剪后，其分塊位置可能遭到破壞，從而使上述方法部分或完全失效。如一幅JPEG圖像經(jīng)過(guò)裁剪后被另存為BMP格式文件，則JPEG壓縮歷史檢測(cè)方法對(duì)此圖像的檢測(cè)將失效；在合成篡改檢測(cè)中，如果合成圖像的背景區(qū)域被裁剪過(guò)，則現(xiàn)有檢測(cè)方法也將失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法， 它能檢測(cè)出非壓縮格式圖像的裁剪壓縮歷史痕跡及裁剪的位置，也能對(duì)背景圖像被裁剪的 JPEG圖像合成篡改模式進(jìn)行有效的檢測(cè)與篡改區(qū)域定位，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，(1)計(jì)算待檢測(cè)圖像的壓縮歷史痕跡和裁剪位置；(a)在待檢測(cè)圖像中逐點(diǎn)移動(dòng)塊效應(yīng)提取算子進(jìn)行計(jì)算，得到一幅塊效應(yīng)圖像，將塊效應(yīng)圖像分為大小為8*8不重疊的圖像塊K ； (b)將得到的圖像塊K按對(duì)應(yīng)的像素位置計(jì)算塊效應(yīng)矩陣BAM，再將得到的塊效應(yīng)矩陣BAM拉成一維向量，得到塊效應(yīng)曲線；(c)對(duì)塊效應(yīng)曲線進(jìn)行DFT變換，并歸一化其頻譜圖，然后計(jì)算壓縮塊效應(yīng)測(cè)度，并用預(yù)設(shè)的測(cè)度閾值與其進(jìn)行比較，來(lái)判斷待檢測(cè)圖像是否經(jīng)歷過(guò)壓縮歷史操作；(d)計(jì)算壓縮塊效應(yīng)測(cè)度大于預(yù)設(shè)的測(cè)度閾值的待檢測(cè)圖像的裁剪位置；(2)判斷待檢測(cè)圖像是否經(jīng)過(guò)篡改操作；根據(jù)步驟(1)計(jì)算得到的待檢測(cè)圖像的裁剪位置，將待檢測(cè)圖像裁剪掉該位置及其以前的行、列，得到裁剪處理圖像；用不同的質(zhì)量因子對(duì)該裁剪處理圖像進(jìn)行再壓縮，計(jì)算出待檢測(cè)圖像背景區(qū)域的第一次壓縮因子，計(jì)算用第一次壓縮因子壓縮前后圖像的差異圖像，并計(jì)算差異圖像的標(biāo)準(zhǔn)方差，然后通過(guò)預(yù)設(shè)的方差閾值判斷待測(cè)圖像是否為合成篡改圖像；(3)將步驟(2)判斷出的合成篡改圖像進(jìn)行篡改區(qū)域定位；按照步驟(2)的方式對(duì)RGB圖像三個(gè)通道分別計(jì)算出差異圖像，并且進(jìn)行二值化處理，然后將得到的三個(gè)通道二值化圖像進(jìn)行邏輯與運(yùn)算得到一幅新的二值圖像，對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)腐蝕膨脹操作，映射回待測(cè)圖像，即得到了篡改區(qū)域定位圖像。步驟(d)計(jì)算壓縮塊效應(yīng)測(cè)度大于預(yù)設(shè)的閾值的待檢測(cè)圖像的裁剪位置，是將步驟(a)中得到的塊效應(yīng)圖像分為大小為8*7的圖像塊LK，然后以垂直方向從左至右計(jì)算圖像塊LK的塊效應(yīng)矩陣LBAM，并計(jì)算出裁剪位置所在的行；將塊效應(yīng)圖像分為大小為7*8的不重疊的圖像塊CK，然后以水平方向從上至下計(jì)算塊效應(yīng)矩陣CBAM，并計(jì)算出裁剪位置所在的列。所述的預(yù)設(shè)的測(cè)度閾值為0. 15 ；方差閾值為4. 46。在上述的步驟中，用不同的質(zhì)量因子對(duì)該裁剪處理圖像進(jìn)行再壓縮，計(jì)算出待檢測(cè)圖像背景區(qū)域的第一次壓縮因子，計(jì)算用第一次壓縮因子壓縮前后圖像的差異圖像，并作出EDtrq曲線，計(jì)算出則Η,-q曲線將在第一次壓縮因子處出現(xiàn)的全局極大值，將全局極大值通過(guò)壓縮閾值判斷待測(cè)圖像是否經(jīng)過(guò)二次壓縮。在計(jì)算中，為了消除篡改區(qū)域的影響，因此還可以對(duì)差異圖像進(jìn)行排序，取前較小的50%數(shù)據(jù)求均值。上述的壓縮閾值為0.68。測(cè)度閾值是通過(guò)大量圖像的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)確定，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的圖像庫(kù)設(shè)計(jì)如下取 CASIA Tampered Image Detection Evaluation Database ψ W 44 ^7^^^1^ Sft 用壓縮因子q e {30，…，100}進(jìn)行壓縮，即得到3080幅一次壓縮圖像。表1為測(cè)度閾值的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
壓縮因子930405060708090100T3.30433 3902.72132.48042.29461.84850.341-5.274
上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的是部分結(jié)果值，我們認(rèn)為壓縮質(zhì)量因子q=100的為未壓縮圖像， 其他壓縮情況則認(rèn)為是壓縮圖像，取0. 15是因?yàn)樗芎芎脜^(qū)分這兩類，區(qū)分的準(zhǔn)確率高， 所以取0.15為測(cè)度閾值。 方差閾值的確定方法是，在3080幅一次壓縮圖像中選取部分圖像按 Q2-Q1 e {5，10，15，20，25}的組合生成合成圖像50幅，對(duì)這些圖像進(jìn)行如式(12)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)得到Te=4. 46。
權(quán)利要求
1.一種抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，其特征在于(1)計(jì)算待檢測(cè)圖像的壓縮歷史痕跡和裁剪位置；(a)在待檢測(cè)圖像中逐點(diǎn)移動(dòng)塊效應(yīng)提取算子進(jìn)行計(jì)算，得到一幅塊效應(yīng)圖像，將塊效應(yīng)圖像分為大小為8*8不重疊的圖像塊K; (b)將得到的圖像塊K按對(duì)應(yīng)的像素位置計(jì)算塊效應(yīng)矩陣BAM，再將得到的塊效應(yīng)矩陣BAM拉成一維向量， 得到塊效應(yīng)曲線；(c)對(duì)塊效應(yīng)曲線進(jìn)行DFT變換，并歸一化其頻譜圖，然后計(jì)算壓縮塊效應(yīng)測(cè)度，并用預(yù)設(shè)的測(cè)度閾值與其進(jìn)行比較，來(lái)判斷待檢測(cè)圖像是否經(jīng)歷過(guò)壓縮歷史操作； (d)計(jì)算壓縮塊效應(yīng)測(cè)度大于預(yù)設(shè)的測(cè)度閾值的待檢測(cè)圖像的裁剪位置；(2)判斷待檢測(cè)圖像是否經(jīng)過(guò)篡改操作；根據(jù)步驟(1)計(jì)算得到的待檢測(cè)圖像的裁剪位置，將待檢測(cè)圖像裁剪掉該位置及其以前的行、列，得到裁剪處理圖像；用不同的質(zhì)量因子對(duì)該裁剪處理圖像進(jìn)行再壓縮，計(jì)算出待檢測(cè)圖像背景區(qū)域的第一次壓縮因子，計(jì)算用第一次壓縮因子壓縮前后圖像的差異圖像，并計(jì)算差異圖像的標(biāo)準(zhǔn)方差，然后通過(guò)預(yù)設(shè)的方差閾值判斷待測(cè)圖像是否為合成篡改圖像；(3)將步驟(2)判斷出的合成篡改圖像進(jìn)行篡改區(qū)域定位；按照步驟(2)的方式對(duì)RGB圖像三個(gè)通道分別計(jì)算出差異圖像，并且進(jìn)行二值化處理，然后將得到的三個(gè)通道二值化圖像進(jìn)行邏輯與運(yùn)算得到一幅新的二值圖像，對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)腐蝕膨脹操作，映射回待測(cè)圖像，即得到了篡改區(qū)域定位圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，其特征在于步驟(d)計(jì)算壓縮塊效應(yīng)測(cè)度大于預(yù)設(shè)的閾值的待檢測(cè)圖像的裁剪位置，是將步驟 (a)中得到的塊效應(yīng)圖像分為大小為8*7的圖像塊LK，然后以垂直方向從左至右計(jì)算圖像塊LK的塊效應(yīng)矩陣LBAM，并計(jì)算出裁剪位置所在的行；將塊效應(yīng)圖像分為大小為7*8的不重疊的圖像塊CK，然后以水平方向從上至下計(jì)算塊效應(yīng)矩陣CBAM，并計(jì)算出裁剪位置所在的列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，其特征在于所述的預(yù)設(shè)的測(cè)度閾值為0. 15 ；方差閾值為4. 46。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，其特征在于在用不同的質(zhì)量因子對(duì)該裁剪處理圖像進(jìn)行再壓縮時(shí)，先計(jì)算出待檢測(cè)圖像背景區(qū)域的第一次壓縮質(zhì)量因子，再計(jì)算用第一次壓縮因子壓縮前后圖像的差異圖像，并作出EDtrq 曲線，計(jì)算出則Η,-q曲線將在第一次壓縮因子處出現(xiàn)的全局極大值，將全局極大值通過(guò)壓縮閾值判斷待測(cè)圖像是否經(jīng)過(guò)二次壓縮。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)差異圖像進(jìn)行排序，取前較小的50%數(shù)據(jù)求均值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，其特征在于壓縮閾值為0. 68。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測(cè)方法，(1)計(jì)算待檢測(cè)圖像的壓縮歷史痕跡和裁剪位置；(2)判斷待檢測(cè)圖像是否經(jīng)過(guò)篡改操作；(3)將步驟2判斷出的合成篡改圖像進(jìn)行篡改區(qū)域定位；按照步驟(2)的方式對(duì)RGB圖像三個(gè)通道分別計(jì)算出差異圖像，并且進(jìn)行二值化處理，然后將得到的三個(gè)通道二值化圖像進(jìn)行邏輯與運(yùn)算得到一幅新的二值圖像，對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)腐蝕膨脹操作，映射回待測(cè)圖像，即得到了篡改區(qū)域定位圖像。本發(fā)明不僅可以解決JPEG圖像經(jīng)過(guò)裁剪后，由于其分塊位置可能遭到破壞，從而使現(xiàn)有技術(shù)部分或完全失效的問(wèn)題，還對(duì)背景區(qū)域被裁剪過(guò)的圖像進(jìn)行有效的檢測(cè)與篡改區(qū)域定位。
文檔編號(hào)G06T7/60GK102226920SQ20111014827
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者劉本永, 左菊仙, 廖翔 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)