浅析复制拼接图像检验技术

韦强宝

（南京森林警察学院，南京 210023）

Technology Study

浅析复制拼接图像检验技术

韦强宝

（南京森林警察学院，南京 210023）

基于图像拍摄设备和数字图像自动化编辑软件的普及型，在使用Photoshop对照片进行复制拼接后，使得图像表达出的客观信息不完全真实，给社会带来严重信任危机。如何分析判断图像的真实性是当今信息化发展的难题，因此具有重大的研究意义。本文对数字图像复制拼接进行实验并检验其真实性。

数字图像；复制拼接；图像检验

1 引言

篡改图像肉眼难以察觉，这些状况给数字图像在新闻、法律、科学和金融领域的应用带来了大的麻烦，因此有必要对数字图像进行检验。

2 图像复制拼接检验概述

2.1 图像复制拼接的概念及分类

图像复制拼接技术主要是指在图像篡改中对两幅不同的图像进行的拼接，在这种拼接中并不是把两个真实场景的事物进行拼接，而是把两个不同场景的事物拼接在一起实现图像内容的篡改，在拼接的过程中也不会使用特征点匹配（因为根本也不存在这样的特征点），而主要是通过图像处理软件提供的一些功能实现图像拼接内容的选取（比如在Photoshop中提供的索套功能），并对选取的内容进行缩放、旋转等处理后粘贴到其他图像上完成图像的拼接，在拼接完成后有时候为了掩盖拼接的痕迹还会进行一些后期的处理，比如模糊处理、再压缩等。在拼接篡改时一般有一幅图像是主图像，也就是它占据拼接图像的主体，我们把它称为原图像，而粘贴到其中的部分称为拼接部分。

图像复制拼接主要分为同源性和多源性两种。其中，使用Photoshop对数字图像进行复制拼接时，对同一张照片中的特定区域使用仿制图章工具，将该区域的图像复制到另一区域的操作称为同源性图像复制拼接。同理，使用两张或多张照片复制拼接图像时，称为多源性图像复制拼接。

2.2 图像复制拼接检验的过程

对于拼接图像的认证检测来讲，首先需要进行判定的是它是否一幅拼接的图像，然后就是这幅拼接图像是由哪些部分构成（也就是拼接内容在哪里）。如果由于图像篡改后的修饰技术掩盖了其拼接特性，不能直接得到拼接图像的检测结果，我们还可以通过检测其处理痕迹来实现拼接的检测或者图像真实性的怀疑。因此，在本文对于拼接图像的检测中我们主要依据以下的系统流程来实现拼接图像的检测。

待检测图像首先根据确定的特征提取整体特征值，然后利用标准库的训练结果对特征值进行自动分类。如果检测结果为拼接图像，那么可以使用局部特征一致性检测方法，确定拼接的内容，这也是一个拼接图像最简单的检测过程。如果待测图像不能通过分类的方式确定其拼接特性，可以对其直接进行局部特征一致性检测确定其凭借特性（有时候整体拼接特性和局部拼接特性是无关的，例如局部的光照一致性），也可以对其进行处理痕迹检测，发现其异常处理痕迹，而如果这些痕迹可以直接判断为拼接图像，则可以直接得到拼接的检测结果，否则这些痕迹只能是作为怀疑图像真实性的一种证据。通过以上分析可以看出，要实现拼接图像的系统检测，需要从拼接图像的整体分类技术、拼接图像的拼接内容定位技术及图像异常处理过程检测三个方面完成。

3 图像复制拼接的检验技术

3.1 一般性检验

经过同源性图像复制拼接，不会破坏该图像的像素差值，在光照角度、色调上很难发现修改迹象。但在图像中会出现两个相同的区域块，通过肉眼观察分别比较，能根据线条特征找到两个相同的区域。由于不同数字图像的像素不一致，经过多源性图像复制拼接后，对图像进行不同比例的放大观察，某一区域的像素模糊度与周围区域模糊度不一致时，可知该区域被篡改过。打开一张已经篡改过天空的图（图1），将图中天空区域与地面建筑各放大500%对比，观察到该两处区域经放大后线条边缘处模糊度不一致（图2）。

图1 已篡改图像

图2 篡改图像放大500%对比图

3.2 盲检验法

数字图像盲检测技术无需事先加入水印防护，可对任意尺寸、像素、来源的图像进行检验。通过研究大量图像在不同仪器成像时的压缩码率和噪声特征等，建立图像特征库、算法和判别阈值，从而定位篡改区域。盲检测技术的实现需要对大量已标记的篡改图像与原始图像进行矩阵分析、CFA插值检测、JPEG双压缩检测等，并借助matble建立相应提取图像特征算法，实现对数字图像检测的高辨别率。过程示意图见图3。

图3 盲检验原理过程图

3.3 细节特征法

图像经过复制拼接后，在篡改图层与原图层衔接处出现毛边、线条过渡不完整、明暗不一致等现象。在Photoshop下将图像放大至像素颗粒状，即可观察到篡改的区域，如图4和图5所示。

图4 待检测图像

图5 细节边缘处不平滑

3.4 光照一致法

数字图像的形成受到光的限制影响，在一幅图像中相同光照条件下不同物体受到的照射方向、照射光强度、阴影部位均一致。根据该成像原理可以通过建立光照方向辅助线，对嫌疑图像进行检测。如图6和图7所示。

图6 光照一致法

图7 光照一致法

3.5 色差检测法

根据相机CCD成像原理，在光信号转化成电信号时，受到光照强度的影响，导致拍摄得到的不同图像间的色温略有差别。因此复制拼接图像时，被篡改区域的色温与周围区域的色温差不能满足两个区域间距与色温阈值的函数关系时，可判断图像非原始图像。目前，国内学者孙鹏等人提出一种色温估计的复制拼接检验图像方法，利用图像中不同区域之间的色温距离计算结果揭示了复制拼接图像中存在的色温不一致现象，经过实验结果表明该方法具有较高的检验正确率。该方法也具有一点的局限性，如果待检验的数字图像为黑白照片时，那色温差检测法是否还有效，是值得我们下一阶段去研究的。

4 结束语

数字图像篡改检验技术实用性强，但任然存在检测方法单一、检测成功率低等亟待解决的问题，这也是数字图像检验技术的下一个突破点。由于数字图像检验技术涉及的领域较广泛，如线性代数、概率论、Visual C+语言、Matble等，仍需要结合更多学科理论知识，对图像检验技术进行深入研究和大量模拟实验。

[1] 徐亮，史金昌．数字图像拼接篡改盲取证技术研究[J]．电子设计工程，2012,13:182-185

[2] 杜振龙，杨凡，李晓丽，沈钢纲．基于复合特征的复制粘贴伪造图像盲检测[J]．计算机工程与设计，2012,11:4264-4267

[3] 许柯，杨仕强，符振艾．针对图像篡改的数字图像盲取证研究[J]．计算机光盘软件与应用，2014,19:33

[4] 徐长英，王英．基于复制粘贴篡改的被动图像取证算法的研究[J]．工业控制计算机，2015,06:47-48

[5] 卜江，郑彬，陈海洋．基于马尔可夫链模型的图像拼接篡改盲取证算法[J]．计算机科学，2015,12:240-242

Analysis of Copy Mosaic Image Inspection Technology

Wei Qiangbao
(Nanjing Forest Police Academy,Nanjing,210023)

Based on image device and digital image editing software for affordable automation,after using Photoshop to copy Mosaic pictures,makes the image expresses the objective information is not completely true,and to the society brings serious crisis of confidence.How to analyse and judge the authenticity of the image is difficult problem of the development of information technology today,so it is of great research significance.In this paper,the digital copy Mosaic experiment and testing its authenticity.

digital image;copy mosaic;image inspection

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.007

TP319 文献标示码：A

1672-7274（2016）05-0022-03