專利名稱：：基于平面同源性的圖片偽造檢測方法
技術領域：
：本發明屬于數字圖像真實性鑒定和圖像處理
技術領域：
，具體涉及一種圖片偽造檢測方法。
背景技術：
：隨著圖像編輯處理工具(如AdobePhotoshop等)的高速發展，甚至非專業的普通用戶也能輕易地通過在原始圖像中插入來自其它圖像的內容來篡改圖像，并且做到人眼難以辨別的程度，達到以假亂真的目的，給我們帶來許多不便。數字圖像真實性鑒定技術對圖像證據的可信度做出評價，輔助新聞、軍事、法律、經濟等決策，可以廣泛應用于軍事領域和民用領域。本發明以物體影子為切入點，從幾何、物理的角度分析陰影屬性，鑒定圖像真實性。本發明中涉及到的
背景技術：
有(1)數字水印。數字水印技術1通過事先在圖片中加入水印信息來鑒別圖像偽造，由于偽造過程會破壞水印的完整性，因此可以用來鑒定圖像真實性。(2)基于區域相似度比較的鑒別算法。如文獻2中Fridrich通過估計區域相似度判斷復制區域。(3)基于成像原理的判斷方法。如文獻3中Johnson和Farid通過估計相機主點位置來判斷人像合成。目前，圖像偽造檢測技術主要分為數字水印技術和盲檢測技術。數字水印技術在原始圖像中加入"水印"以防止篡改者對圖像進行修改。然而，數字水印技術具有兩個有難以克服的缺陷。首先，它需要圖像提供者在圖像拍攝時對圖像進行預處理以加入水印，但這在很多實際情況下是不可能的，通常得到的圖像是沒有經過"預處理"的圖片；其次，水印信息很容易被像JPEG、MPEG4這樣的有損壓縮毀壞，導致鑒定失敗。另一類檢測技術為盲檢測技術，即不依賴任何預簽名或預嵌入信息來鑒別圖像真偽和來源的技術，具有很高的適用性。Fridrich的方法2通過比較圖像各區域的相似度來査找復制偽造區域，但該方法需要從已知圖像或視頻中提取待比較區域以進行比較，所以不能識別未知來源的圖像偽造，另外，此類方法的時間復雜度太高，不適合大規模應用。Johnson和Farid3采用相片中人眼的特征估計相機主點的位置，如果從同一個照片中兩個人眼睛估計出的主點位置差異很大，說明必然有一個人是從另外的相片中復制過來的。該方法在眼睛區域足夠大的情況下才有比較高的精度，考慮到目前主流相機分辨率的大小，拍的照片中人眼區域通常都是不可測量的，同時，該方法在人眼不可見時也會失效，如人戴著太陽鏡的情況。
發明內容本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種時間復雜度低，并具有較廣適用性的數字媒體(數字圖像或視頻)真實性的驗證方法。為此，本發明采用如下的技術方案-一種基于平面同源性的圖片偽造檢測方法，包括下列步驟第一步找出待檢測圖像中兩個或兩個以上垂直于地面的物體，標記頭、腳及其影子頂點三點均可見的區域；第二歩對于每個區域，標出三個關鍵點的位置物體的頭、物體的腳、影子頂點；第三步根據平面同源性約束條件，對多對物體是否來自同一張照片進行判斷，如果存在不一致，找出哪個物體是偽造的。上述的圖片偽造檢測方法，第三歩中，可以根據兩兩物體的相對應的三個關鍵點連線應該相交于一點的平面同源性約束條件進行判斷；也可以根據兩兩物體的影子區域之間的交叉比率應該保持一致的平面同源性約束條件進^^判斷。對于第二種約束條件，具體可按下列方法進行判斷對于^、《兩個影子區域vt卜，tp,s^，iJ和卜，、A，U，進行配對時，根據公式CrossRatio(p)=[PSPCrossRatio(g)=承iqSq承計算交比，式中，v是點光源，t和f分別為物體的頭和腳，i為直線f/q和、tA的交點，CrossRatio(p)、CrossRatio(p)分別為當第、《個區域進行配對時，第p、《個區域的交比，lABl為A、B兩點之間的距離。本發明依據圖像中影子的特征進行數字取證，在物體垂直于地面的物體存在時，由平面同源性約束鑒定圖像真實性，具體可采用相交線約束和交比一致性約束兩種方法。本發明相比數字水印方法不需要對圖像進行預處理，相比Fridrich的基于區域相似度比較的方法具有計算復雜度低的優點，相比Johnson和Farid采用人眼估計相機主點的方法，采用了更容易出現、面積更大的影子作為特征物體，具有更大的可行性和適用性。圖1平面同源性原理；圖2基于影子的圖像偽造檢測技術總體流程圖3(a)和(b)分為兩張帶有偽造區域的圖像，(c)、(d)、(e)、(f)為采用共點線約束得到的結果。其中矩形、十字、圓圈分別為標出的物體頭、腳、影子頂點。具體實施例方式本發明的基于陰影的圖片偽造檢測技術采取如下步驟進行圖像偽造檢測。對得到的圖像或視頻幀，采用陰影的幾何特征平面同源性約束檢測偽造區域。具體來說，對圖像中垂直于地面的一對物體，找到每一個物體的頭、腳、以及影子的頂點，共三個點，分別用對應點連線共點和交比一致性判斷這兩個物體是否來自同一張照片，如果不一致，則其中至少一個物體是偽造的，多對物體之間的比較即可找出哪個物體是偽造的。1.選擇影子區域對于給定的圖像，找出垂直于地面的物體，并把頭、腳及其影子頂點三點均可見的區域，標記為R1，…，Rn，n〉1。2.找出每個區域需要的三個點對第i個區域，標出三個關鍵點的位置物體的頭、物體的腳、影子的頂點。如圖1所示，v是光源，可以是太陽，也可以是其他點光源，tA和t2^為垂直于地面的物體，在地面上分別產生出影子f^和f:s"這時，需要標出^，f,，sj和&2，&，8"幾個點。(1)在圖像上找出兩個或兩個以上的垂直于地面的物體，標記頭、腳及其影子頂點三點均可見的區域；(2)對每個區域，標出三個關鍵點物體的頭、物體的腳、影子頂點；(3)根據兩兩物體的相對應的三個關鍵點連線應該相交于一點的平面同源性約束條件，對圖像5，如圖1所示，t,t2，f^和s^2三條直線必然交于一點，記交點為a。這一約束可以寫為((^xOx^xsK^xfJ-O(1)不滿足此約束的區域之間至少有一個是偽造區域，多對區域兩兩之間的比較可以找出哪個區域屬于偽造區域。3.用共點線約束判斷圖像偽造根據平面同源性約束，兩兩物體的相對應的三個關鍵點連線應該相交于一點5，如圖1所示，t,t2，f^和s,S2三條直線必然交于一點，記交點為a。這一約束可以寫為-((t^Ox^xSiM^xfi)"(1)不滿足此約束的區域之間至少有一個是偽造區域，多對區域兩兩之間的比較可以找出哪個區域屬于偽造區域。4.用交比約束判斷圖像偽造如圖l，雖然在真實世界里直線H和t^、t-2不相交，但在圖像面上它們能相交并且此交點是有意義的，記此交點為i。由平面同源性5可知，兩兩影子區域(V,tm，^,iJ和^，tn,Sn，i"之間的交叉比率應該保持一致，如果某一物體是從其他圖片中復制過來的，其影子的長度、角度等屬性通常不能很好地跟目標圖片中的物體保持一致，本發明利用此特性進行圖像真實性鑒定。此幾何約束可以如下表示-(v，t,;s""Hv，t2;S2，U(2)此約束定義了交比，但未規定具體計算方法，實際上，任何合理的順序都滿足此約束。本發明采用的計算方法為CrossRatio(/)=承氺CrossRatio(g)vt,'qSq(3)v、CrossRatio(p)、CrossRatio(/)分別為當第；？、《個區域進行配對時，第、g個區域的交比，lABl為A、B兩點之間的距離。需要注意的是，對同一個區域，其配對區域的變化會影響它的交比值，因為配對的變化會影響交點的變化，進而導致交比的變化。不滿足相交線約束和交比約束中任何一個約束的圖像，都可以判定其為偽造圖像，并且，偽造區域可以由本發明的具體判斷方法給出。本發明主要采用基于幾何特性的平面同源性判斷技術進行圖像偽造檢測，圖2為總體流程圖，具體包括以下步驟用平面同源性約束鑒別圖像真實性1.選擇影子區域對于給定的圖像，找出垂直于地面的物體，把頭、腳及其影子的頭三個點均可見的區域，標記為R1，…，Rn，n〉1，如圖3所示。2.找出每個區域需要的三個點對每個區域，標出三個關鍵點的位置物體的頭、物體的腳、影子頂點。如圖3所示，其中方塊，十字、圓圈分別代表物體頭的位置、腳的位置以及影子頂點的3.用共點線約束判斷圖像偽造如圖3，第一行為兩張帶有偽造區域的圖像，其余兩行為采用共點線約束得到的結果。Rl和R6與其他區域進行比較時，對應點連線點不相交，而R2與R3，R4與R5區域進行比較時，對應點連線很準確地交于一點。由此判斷，Rl、R6為偽造區域。用交比約束判斷圖像偽造圖3中不同區域配對之間的交比如表2所示，其中的差異百分比為區域1與區域2的交比之差與區域1的交比的比值6表2圖3中交比約束的實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表2數據可以看出，真實區域交比差異在1%以下，有偽造區域的交比差異在21%左右，由此表格也可以很容易得看出Rl和R6區域為偽造區域。參考文獻1I.Cox,M.Miller,禾口J.Bloom."DigitalWatermarking(數字水印)，，.TheMorganKaufmannSeriesinMultimediaandInformationSystems.MorganKaufmann，2001.2J.Fridrich，D.Soukal，禾口J.Lukas，"Detectionofcopy-moveforgeryindigitalimages(數字圖像的復制移動偽造檢測技術)，"ProceedingsofDigitalForensicResearchWorkshop,2003.3M.K.Johnson禾口H.Farid，"Detectingphotographiccompositesofpeople(檢測相片中的人物合成技術)，"Proc.IWDW，2007.4R.Hartley禾口A.Zisserman，"Multipleviewgeometryincomputervision(計算機視覺中的多視圖幾何)"，CambridgeUniversityPress,2004.5吳福朝，計算機視覺中的數學方法，科學出版社，2008。權利要求1.一種基于平面同源性的圖片偽造檢測方法，包括下列步驟第一步找出待檢測圖像中兩個或兩個以上垂直于地面的物體，標記頭、腳及其影子頂點三點均可見的區域；第二步對于每個區域，標出三個關鍵點的位置物體的頭、物體的腳、影子頂點；第三步根據平面同源性約束條件，對多對物體是否來自同一張照片進行判斷，如果存在不一致，找出哪個物體是偽造的。2.根據權利要求l所述的圖片偽造檢測方法，其特征在于，第三步中，根據兩兩物體的相對應的三個關鍵點連線應該相交于一點的平面同源性約束條件進行判斷。3.根據權利要求l所述的圖片偽造檢測方法，其特征在于，第三步中，根據兩兩物體的影子區域之間的交叉比率應該保持一致的平面同源性約束條件進行判斷。4.根據權利要求3所述的圖片偽造檢測方法，其特征在于，對于/P、《兩個影子區域vtv，tp，s"ip)和卜，Vs《，iJ，進行配對時，根據公式CrossRatio(/)CrossRatio(g)=承i人qqqvi承t人q計算交比，式中，v是點光源，t和f分別為物體的頭和腳，i為直線i;i;和tpSp、t^的交點，CrossRatioO)、CrossRatioO)分別為當第p、《個區域進行配對時，第p、《個區域的交比，lABl為A、B兩點之間的距離。全文摘要本發明屬于數字圖像真實性鑒定和圖像處理
技術領域：
，涉及一種基于平面同源性的圖片偽造檢測方法，包括下列步驟找出待檢測圖像中兩個或兩個以上垂直于地面的物體，標記頭、腳及其影子頂點三點均可見的區域；對于每個區域，標出三個關鍵點的位置物體的頭、物體的腳、影子頂點；根據平面同源性約束條件，對多對物體是否來自同一張照片進行判斷，如果存在不一致，找出哪個物體是偽造的。本發明不需要對圖像進行預處理，具有計算復雜度低的優點，并具有更高的可行性和適用性。文檔編號G06T7/00GK101527042SQ20091006857公開日2009年9月9日申請日期2009年4月22日優先權日2009年4月22日發明者煒張,張加萬,操曉春,邾繼貴申請人:天津大學