專利名稱：抗裁剪的jpeg圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像檢測方法，尤其是一種圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法。
背景技術：
目前，隨著數字圖像應用的日益普及，數字圖像編輯處理工具也越來越先進，利用這些工具可以容易地修改圖像內容，并使得人眼難以覺察出偽造的痕跡。近年來，在政界、 新聞出版界和科學界等領域，國內外已出現了不少令人震驚的數字圖像篡改和偽造的案件，因此迫切需要對圖像的真實性進行檢驗。傳統上，在鑒別圖像真偽時，采用事先在數字圖像中嵌入數字水印或簽名的方法一圖像主動認證。但是，此方法不足以解決現實中案件圖像往往無水印的問題。針對沒有嵌入數字水印或簽名的篡改圖像，對其進行真偽的檢驗一圖像被動認證，成為圖像證據學領域新的研究方向。圖像被動認證是指不需要原圖像的先驗知識作參考，而直接依據某種認證方法對目標圖像的真偽和來源進行鑒別和取證，也稱為盲被動圖像檢測，它為圖像認證開辟了一條新的道路。數字圖像被動認證的主要目的是鑒別圖像內容的真實性、完整性、原始性和一致性。圖像被動認證技術可用于網絡中圖像過濾、電子政務和電子商務系統中文書和證書圖像的鑒定、法律證據圖像的取證和軍事圖像信息的鑒別等，具有廣闊的應用前景。JPEG是數碼相機和掃描儀等數字圖像獲取設備支持最廣泛的圖像壓縮編碼格式， 也是網絡中最流行的圖像格式壓縮編碼之一，因此，基于JPEG的圖像篡改檢測有著非常重要的實用價值。針對JPEG壓縮特性，學者提出了多種被動取證的方法如JPEG壓縮歷史檢測，即從一個非壓縮的位圖文件估計該文件是否由JPEG壓縮文件格式轉換而來；估計JPEG雙重壓縮原始量化步長；利用JPEG 二次壓縮進行合成圖像檢測；根據圖像的塊效應測度不一致性檢測篡改區域；以及利用支持向量機對待測圖像進行合成圖像與自然圖像的分類。上述現有方法可概括為兩類一是利用兩次壓縮因子不一致性進行檢測；二是利用JPEG壓縮塊位置不一致性進行檢測。然而，JPEG圖像經過裁剪后，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圖像經過裁剪后被另存為BMP格式文件，則JPEG壓縮歷史檢測方法對此圖像的檢測將失效；在合成篡改檢測中，如果合成圖像的背景區域被裁剪過，則現有檢測方法也將失效。
發明內容
本發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方法， 它能檢測出非壓縮格式圖像的裁剪壓縮歷史痕跡及裁剪的位置，也能對背景圖像被裁剪的 JPEG圖像合成篡改模式進行有效的檢測與篡改區域定位，以克服現有技術的不足。本發明是這樣實現的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，(1)計算待檢測圖像的壓縮歷史痕跡和裁剪位置；(a)在待檢測圖像中逐點移動塊效應提取算子進行計算，得到一幅塊效應圖像，將塊效應圖像分為大小為8*8不重疊的圖像塊K ； (b)將得到的圖像塊K按對應的像素位置計算塊效應矩陣BAM，再將得到的塊效應矩陣BAM拉成一維向量，得到塊效應曲線；(c)對塊效應曲線進行DFT變換，并歸一化其頻譜圖，然后計算壓縮塊效應測度，并用預設的測度閾值與其進行比較，來判斷待檢測圖像是否經歷過壓縮歷史操作；(d)計算壓縮塊效應測度大于預設的測度閾值的待檢測圖像的裁剪位置；(2)判斷待檢測圖像是否經過篡改操作；根據步驟(1)計算得到的待檢測圖像的裁剪位置，將待檢測圖像裁剪掉該位置及其以前的行、列，得到裁剪處理圖像；用不同的質量因子對該裁剪處理圖像進行再壓縮，計算出待檢測圖像背景區域的第一次壓縮因子，計算用第一次壓縮因子壓縮前后圖像的差異圖像，并計算差異圖像的標準方差，然后通過預設的方差閾值判斷待測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行篡改區域定位；按照步驟(2)的方式對RGB圖像三個通道分別計算出差異圖像，并且進行二值化處理，然后將得到的三個通道二值化圖像進行邏輯與運算得到一幅新的二值圖像，對其進行形態學腐蝕膨脹操作，映射回待測圖像，即得到了篡改區域定位圖像。步驟(d)計算壓縮塊效應測度大于預設的閾值的待檢測圖像的裁剪位置，是將步驟(a)中得到的塊效應圖像分為大小為8*7的圖像塊LK，然后以垂直方向從左至右計算圖像塊LK的塊效應矩陣LBAM，并計算出裁剪位置所在的行；將塊效應圖像分為大小為7*8的不重疊的圖像塊CK，然后以水平方向從上至下計算塊效應矩陣CBAM，并計算出裁剪位置所在的列。所述的預設的測度閾值為0. 15 ；方差閾值為4. 46。在上述的步驟中，用不同的質量因子對該裁剪處理圖像進行再壓縮，計算出待檢測圖像背景區域的第一次壓縮因子，計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，計算出則Η,-q曲線將在第一次壓縮因子處出現的全局極大值，將全局極大值通過壓縮閾值判斷待測圖像是否經過二次壓縮。在計算中，為了消除篡改區域的影響，因此還可以對差異圖像進行排序，取前較小的50%數據求均值。上述的壓縮閾值為0.68。測度閾值是通過大量圖像的統計結果來確定，統計數據的圖像庫設計如下取 CASIA Tampered Image Detection Evaluation Database ψ W 44 ^7^^^1^ Sft 用壓縮因子q e {30，…，100}進行壓縮，即得到3080幅一次壓縮圖像。表1為測度閾值的部分統計數據
壓縮因子930405060708090100T3.30433 3902.72132.48042.29461.84850.341-5.274
上述實驗數據給出的是部分結果值，我們認為壓縮質量因子q=100的為未壓縮圖像， 其他壓縮情況則認為是壓縮圖像，取0. 15是因為它能很好區分這兩類，區分的準確率高， 所以取0.15為測度閾值。 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，對這些圖像進行如式(12)的計算統計得到Te=4. 46。
權利要求
1.一種抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，其特征在于(1)計算待檢測圖像的壓縮歷史痕跡和裁剪位置；(a)在待檢測圖像中逐點移動塊效應提取算子進行計算，得到一幅塊效應圖像，將塊效應圖像分為大小為8*8不重疊的圖像塊K; (b)將得到的圖像塊K按對應的像素位置計算塊效應矩陣BAM，再將得到的塊效應矩陣BAM拉成一維向量， 得到塊效應曲線；(c)對塊效應曲線進行DFT變換，并歸一化其頻譜圖，然后計算壓縮塊效應測度，并用預設的測度閾值與其進行比較，來判斷待檢測圖像是否經歷過壓縮歷史操作； (d)計算壓縮塊效應測度大于預設的測度閾值的待檢測圖像的裁剪位置；(2)判斷待檢測圖像是否經過篡改操作；根據步驟(1)計算得到的待檢測圖像的裁剪位置，將待檢測圖像裁剪掉該位置及其以前的行、列，得到裁剪處理圖像；用不同的質量因子對該裁剪處理圖像進行再壓縮，計算出待檢測圖像背景區域的第一次壓縮因子，計算用第一次壓縮因子壓縮前后圖像的差異圖像，并計算差異圖像的標準方差，然后通過預設的方差閾值判斷待測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行篡改區域定位；按照步驟(2)的方式對RGB圖像三個通道分別計算出差異圖像，并且進行二值化處理，然后將得到的三個通道二值化圖像進行邏輯與運算得到一幅新的二值圖像，對其進行形態學腐蝕膨脹操作，映射回待測圖像，即得到了篡改區域定位圖像。
2.根據權利要求1所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，其特征在于步驟(d)計算壓縮塊效應測度大于預設的閾值的待檢測圖像的裁剪位置，是將步驟 (a)中得到的塊效應圖像分為大小為8*7的圖像塊LK，然后以垂直方向從左至右計算圖像塊LK的塊效應矩陣LBAM，并計算出裁剪位置所在的行；將塊效應圖像分為大小為7*8的不重疊的圖像塊CK，然后以水平方向從上至下計算塊效應矩陣CBAM，并計算出裁剪位置所在的列。
3.根據權利要求1所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，其特征在于所述的預設的測度閾值為0. 15 ；方差閾值為4. 46。
4.根據權利要求1所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，其特征在于在用不同的質量因子對該裁剪處理圖像進行再壓縮時，先計算出待檢測圖像背景區域的第一次壓縮質量因子，再計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，計算出則Η,-q曲線將在第一次壓縮因子處出現的全局極大值，將全局極大值通過壓縮閾值判斷待測圖像是否經過二次壓縮。
5.根據權利要求4所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，其特征在于對差異圖像進行排序，取前較小的50%數據求均值。
6.根據權利要求4所述的抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，其特征在于壓縮閾值為0. 68。
全文摘要
本發明公開了一種抗裁剪的JPEG圖像壓縮歷史及合成篡改檢測方法，(1)計算待檢測圖像的壓縮歷史痕跡和裁剪位置；(2)判斷待檢測圖像是否經過篡改操作；(3)將步驟2判斷出的合成篡改圖像進行篡改區域定位；按照步驟(2)的方式對RGB圖像三個通道分別計算出差異圖像，并且進行二值化處理，然后將得到的三個通道二值化圖像進行邏輯與運算得到一幅新的二值圖像，對其進行形態學腐蝕膨脹操作，映射回待測圖像，即得到了篡改區域定位圖像。本發明不僅可以解決JPEG圖像經過裁剪后，由于其分塊位置可能遭到破壞，從而使現有技術部分或完全失效的問題，還對背景區域被裁剪過的圖像進行有效的檢測與篡改區域定位。
文檔編號G06T7/60GK102226920SQ20111014827
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者劉本永, 左菊仙, 廖翔 申請人:貴州大學