图像克隆拼接篡改盲取证技术研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zhouyong910
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当前,数字图像的修改变得更易操作,效果更为逼真,能“以假乱真”的图像也随之出现,扰乱社会秩序。鉴于此,能够辨别图像真伪的数字图像取证技术成为当前刑侦、安全、宣传、知识产权保护领域中的研究热点。本文对现有图像篡改盲取证方法进行分析,着重就图像克隆和图像拼接两大方面的盲取证技术展开研究,并对其若干方向提出了改进方案。主要研究内容与研究成果如下:  (1)针对当前基于图像分块技术的克隆图像篡改盲取证方法的运算时间长、效率低的情况,提出了一种基于离散小波变换(DWT)及快速沃尔什-哈达玛变换(FastWalsh-HadamardTransform,简称FWHT)的克隆图像盲取证方法。该算法属于一种图像块匹配算法,首先对待取证图像进行离散小波分解,提取出图像低频分量。由于低频分量保留了绝大部分的图像主要信息,因此对经过DWT分解的图像进行检测对其准确率影响不大;然后对图像进行分块,并使用快速沃尔什-哈达玛变换代替比较常用的离散余弦变换(DCT)进行图像块特征提取。由于WHT较DCT快,因此该算法可以在不降低检测准确率的情况下提高算法的检测速度。此外,由于克隆区域中的图像块一般具有相同的平移距离,本文提出了一种多级跳跃匹配算法(MHJ),通过跳过一些“不需要检测的匹配块”以提高图像块匹配效率。实验结果表明,该取证方法的运算时间仅为Fridrich等人取证方法的1/7,而在检测准确率方面则与之差别不大。  (2)提出了一种基于加速鲁棒性特征的克隆图像篡改盲取证方法。基于图像块的取证方法有一个比较大的缺陷,就是无法检测出经过了大幅度旋转、模糊、缩放等操作的克隆图像。局部特征与全局特征相比在图像识别,克隆检测等方面具有较好的效果。基于此,本文采用加速鲁棒性特征(SURF)技术,首先提取出具有几何不变性的特征点,并使用Kd树技术快速匹配提取出来的特征值;然后采用分层聚类技术把匹配结果分成多个簇,当出现多于一个簇类时,即可以认定图像中出现克隆篡改。该取证方法不仅能检测出篡改操作,还能估算出匹配的特征点之间的变换参数,即克隆的区域经过了何种几何变化以及其变换参数。实验结果表明,该取证方法能够抵御旋转、翻转、缩放、模糊、亮度值修改等多种攻击。  (3)针对日益猖獗的拼接篡改图片,提出了一种利用阴影半阴区特性的拼接图像篡改盲取证方法。在进行图像拼接篡改的时候,如果原图像存在阴影,那么为了保持逼真,篡改者一般会伪造阴影。阴影的半影区是由于光线被遮挡物部分遮挡而产生。由于半影区的剖面图不遵循一个特定的模型,因此更难以伪造。基于此,本文提出了一种基于半影区不一致性的拼接图像盲取证方法。首先分析了图像阴影组成及光源、遮挡物及投影面之间的相互关系,然后根据半影区的特性建立了一个简单但实用的半影区宽度模型,利用线性拟合的方法得到半影区宽度增长率(GrowthRateofthePenumbraWidth,简称GRPW),最后通过比较不同阴影间的GRPW值鉴别并定位伪造的阴影。  (4)鉴于当前基于阴影不一致性的盲取证方法存在准确率与鲁棒性不高的问题,提出了一种改进的基于阴影模型的拼接图像盲取证方法。首先分析了各种经典的阴影模型,并在经典模型基础上建立了一种适用于拼接篡改取证的阴影模型。随后利用图像的色彩特征不变量对光照不敏感的特点,实现了对图像阴影自动提取和定位的功能。通过能量最小化方法和干扰点去除技术得到鲁棒性较高的阴影比例因子。最后结合使用阴影比例因子和半影区宽度增长率特性(GRPW)对拼接篡改图像进行盲取证。实验结果表明本拼接取证方法较其他类似方法的准确率有较大的提高。  本研究将为数字图像篡改盲取证提供新方法和关键技术,最终形成一套较完善的篡改图像盲取证体系。研究成果将为刑侦、安全、宣传等领域鉴别真伪提供技术基础,为社会稳定和发展发挥重要作用。
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