專利名稱：針對(duì)雙重jpeg壓縮圖像的篡改檢測(cè)及篡改定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像篡改檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)及篡改定位方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著數(shù)字采集設(shè)備的快速普及以及功能強(qiáng)大的圖像編輯軟件的廣泛使用，對(duì)數(shù)字圖像的編輯和修改變得越來越容易。為了滿足某種需要或達(dá)到某種目的，人們能夠隨意地對(duì)數(shù)字照片進(jìn)行各種修改和編輯，由此極大地降低了數(shù)字照片的可信度，顛覆了“眼見為實(shí)”的傳統(tǒng)觀念。如何檢測(cè)數(shù)字圖像的真實(shí)性已成為近年來法律界和信息產(chǎn)業(yè)界所面臨的一個(gè)重要的熱點(diǎn)問題和迫切需要解決的難點(diǎn)問題。
數(shù)字圖像內(nèi)容真實(shí)性認(rèn)證技術(shù)分為主動(dòng)取證[見文獻(xiàn)I]和被動(dòng)取證[見文獻(xiàn)2]。現(xiàn)有的主動(dòng)取證技術(shù)包括數(shù)字水印[見文獻(xiàn)3，4，5]和圖像數(shù)字簽名[見文獻(xiàn)6，7，8，9]。主動(dòng)認(rèn)證方法的主要缺點(diǎn)是需要圖像的先驗(yàn)信息。數(shù)字圖像被動(dòng)取證是一種不依賴于任何附加信息或先驗(yàn)知識(shí)的取證技術(shù)，是基于數(shù)字圖像固有特征，直接對(duì)數(shù)字圖像本身進(jìn)行鑒別和取證分析，對(duì)其來源進(jìn)行追蹤和認(rèn)證。由于不依賴任何先驗(yàn)信息，數(shù)字圖像被動(dòng)取證技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，并在近年來受到越來越多的關(guān)注，成為圖像內(nèi)容真實(shí)性認(rèn)證的重點(diǎn)研究方向。由于JPEG格式是目前多數(shù)數(shù)碼相機(jī)以及圖像處理軟件所采用的圖像格式，很多篡改或合成圖像源自JPEG格式圖像，因此對(duì)JPEG圖像的篡改檢測(cè)技術(shù)有著非常重要的實(shí)際意義。JPEG合成圖像是指篡改者將一幅圖像中的某個(gè)區(qū)域復(fù)制粘貼到本幅或另外一幅JPEG圖像中的某個(gè)區(qū)域，然后再重新保存為JPEG格式的圖像。目前針對(duì)JPEG圖像的被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)十分有限，主要方法有針對(duì)雙重JPEG壓縮的被動(dòng)篡改檢測(cè)技術(shù)[見文獻(xiàn)10，11，12，13，14]和針對(duì)JPEG塊效應(yīng)的被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[見文獻(xiàn)15，16]。前者是通過分析JPEG壓縮、解壓縮過程以及圖像篡改過程所引入的特征來檢測(cè)篡改，后者是利用塊效應(yīng)的不一致性來檢測(cè)篡改。在針對(duì)雙重JPEG壓縮的被動(dòng)取證方法的研究中，典型算法是Hany Farid提出的方法[見文獻(xiàn)12]，該方法利用各種質(zhì)量因子對(duì)JPEG圖像進(jìn)行重壓縮，比較重壓縮前后的差另1J，再用K-S (kolmogorov-smirnov)統(tǒng)計(jì)工具來確定篡改區(qū)域。它可以檢測(cè)由不同JPEG質(zhì)量因子的圖像合成的篡改圖像，但是合成圖像的篡改區(qū)域與其它部分壓縮的質(zhì)量因子要相差20以上，并且篡改區(qū)域的大小至少為100X100的時(shí)候，檢測(cè)準(zhǔn)確率才能在90%以上，而且當(dāng)篡改區(qū)域存在分塊位置不一致時(shí)，還要對(duì)64種分塊方式下的圖像進(jìn)行再壓縮，計(jì)算量很大?？v觀目前的該類研究，普遍存在如下問題(1)要求合成圖像的兩次壓縮的質(zhì)量因子既有一定的大小關(guān)系；(2)對(duì)于正常圖像處理等內(nèi)容保持操作的魯棒性較差；(3)篡改檢測(cè)精度不十分理想；(4)計(jì)算效率不高。參考文獻(xiàn)[I] Shivakumar B L, Baboo S S. Digital image Forgery Detection [J].SAJOSPSj 2010，10(2) :16-25.[2]Ng T T，Chang S F，Lin C Y，Sun Q B. Passive-blind Image Forensics[J].In Multimedia Security Technologies for Digital Rights, Elsvierj 2006, 15(2):383-412.[3]Celik M U，Sharma G，Saber E，Tekalp A M. Hierarchical watermarkingfor secure image authentication with localization[J]. IEEE Signal ProcessingMagazine, 2002，11 (6) : 585-595.
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)方法，正確檢測(cè)率高，對(duì)于正常圖像處理等內(nèi)容保持操作有很好的魯棒性，且具有較高的計(jì)算效率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)方法，具體步驟為步驟I、檢測(cè)雙重JPEG壓縮步驟I. I、估計(jì)檢測(cè)圖像的質(zhì)量因子Q2 步驟I. 2、計(jì)算失真矩陣dQ(x, y)首先把檢測(cè)圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并用質(zhì)量因子從30到Q2-I對(duì)灰度檢測(cè)圖像進(jìn) 行第一次重壓縮，得到第一次重壓縮后的圖像，計(jì)算檢測(cè)圖像與第一次壓縮后的圖像之間 的失真矩陣dQ (X，y) = f2 (X，y) -fQ2 (x, y)其中，f(x，y)表示被檢測(cè)圖像矩陣，fQ(x, y)代表第一次重壓縮后的圖像矩陣，Q e [30, (Q2-I) ], X, y表不像素坐標(biāo)；步驟I. 3、計(jì)算失真度Se(Q):
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)方法，其特征在于，具體步驟為 步驟I、檢測(cè)雙重JPEG壓縮 步驟I. I、估計(jì)檢測(cè)圖像的質(zhì)量因子Q2 步驟I. 2、計(jì)算失真矩陣dQ(x, y) 首先把檢測(cè)圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并用質(zhì)量因子從30到Q2-I對(duì)灰度檢測(cè)圖像進(jìn)行第一次重壓縮，得到第一次重壓縮后的圖像，計(jì)算檢測(cè)圖像與第一次壓縮后的圖像之間的失真矩陣 dQ (X，y) = f2 (X，y) -fQ2 (X，y)， 其中，f(x，y)表示被檢測(cè)圖像矩陣，fQ(x, y)代表第一次重壓縮后的圖像矩陣，Q e [30, (Q2-I) ], X, y表不像素坐標(biāo)； 步驟I. 3、計(jì)算失真度Se(Q) StAm =/-I J I， 其中，檢測(cè)圖像大小為MXN，dQ(i，j)表示矩陣士(1，7)中的元素； 步驟I. 4、定義一個(gè)半徑為r的鄰域，在此領(lǐng)域內(nèi)計(jì)算k(Q) J^Shig+i^SE(Q) k(0) = i-i-—— ' 2x rx(Sr(0)^s) . , 其中，ε是一個(gè)很小的數(shù)， 令kmax=max (k(Q) ), Q' =arg (max (k(Q)))，判斷是否 kmax > t1； h 是由實(shí)驗(yàn)得到的閾值，若是，則令Q1 = Qi，轉(zhuǎn)入步驟2 ;若否，則判定待檢圖像沒有經(jīng)過JPEG雙重壓縮，認(rèn)為檢測(cè)圖像是可信的，檢測(cè)終止； 步驟2、用質(zhì)量因子Q1對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行第二次重壓縮，計(jì)算質(zhì)量因子為Q1時(shí)的失真矩陣 4 (又 V) = V) — Ja y)f， 其中，為第二次重壓縮后的圖像矩陣； 步驟3、對(duì)O，JO進(jìn)行濾波器大小為bXb的均值濾波，得到最終的失真矩陣D(X，y) D(x, j) = XXeZa (x + i,y+j) -O J - O 其中,4 (Λ-+i' y+./)表示矩陣4 (x，y)中的元素； 步驟4、用K-means聚類來分析和判斷失真矩陣D (x, y)中值的具體情況[Idx, C] = Kmeans (D, 2)； 其中，Kmeans (D, 2)表示把D中的值分為兩類，分別用C1和C2表示，其中，C1表示值小的聚類，C2表示值大的聚類； 步驟5、通過計(jì)算度量標(biāo)準(zhǔn)Sd進(jìn)行篡改檢測(cè)Sd = C22X (C2-C1), t2是由實(shí)驗(yàn)得到的閾值，若Sd > t2，判定測(cè)試圖像是篡改得到的JPEG合成圖像，否則判定測(cè)試圖像是可信的； 步驟6、圖像篡改定位。
2.按照如權(quán)利要求I所述的針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟I. I的具體方法為從JPEG格式檢測(cè)圖像的文件頭中讀取量化表，并把此量化表與不同質(zhì)量因子Q相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)量化表相比較，當(dāng)兩者的相似度達(dá)到最大的時(shí)候，令Q2=Q。
3.按照如權(quán)利要求I所述的針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟6的具體方法為 步驟6. I、首先把步驟3中得到的失真矩陣D(x，y)分成大小為pXp的重疊塊，每一塊記為M(i, j),重疊間隔為s, I < s < P,則重疊塊的數(shù)目為mmXnn塊，其中
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對(duì)雙重JPEG壓縮圖像的篡改檢測(cè)方法，首先利用JPEG格式檢測(cè)圖像的頭文件估計(jì)圖像壓縮的質(zhì)量因子Q2，然后利用該質(zhì)量因子Q2對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行第一次重壓縮，計(jì)算本次重壓縮前后圖像對(duì)應(yīng)像素值的平方差來獲得該重壓縮的失真矩陣，計(jì)算失真度的局部極小值確定為質(zhì)量因子Q1，用該質(zhì)量因子Q1對(duì)第一次重壓縮后的圖像進(jìn)行第二次重壓縮，計(jì)算第二次重壓縮后的圖像與檢測(cè)圖像對(duì)應(yīng)像素值的平方差作為本次重壓縮的失真矩陣，通過檢測(cè)該失真矩陣中是否存在異常區(qū)域來進(jìn)行篡改檢測(cè)，將異常區(qū)域以圖像形式顯示出來，得到篡改定位的圖像顯示結(jié)果。本發(fā)明正確檢測(cè)率高，對(duì)于正常圖像處理等內(nèi)容保持操作有很好的魯棒性，且具有較高的計(jì)算效率。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102957915SQ201210461998
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者王曉峰, 劉真理, 魏程程, 李寧, 王尚平 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)