基于双视几何的图片伪造检测方法技术

本发明专利技术属于数字图像真实性鉴定和图像处理技术领域，涉及一种基于双视几何的图片伪造检测方法，该方法以摄像机成像时的双视几何理论为基础，分别用强几何约束（Ｈ约束）和另一种弱几何约束（Ｆ约束）作为特征约束，对图像真实性作出评价。本发明专利技术只需找到有重叠部分的多张图片即可进行鉴定，具有很广的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像真实性鉴定和图像处理
，具体涉及一种图片伪造检测 方法。
技术介绍
数字图像广泛应用于我们日常生活和工作当中，已经成为人们存贮和交换信息的重 要工具和方式。与此同时，随着图像和视频编辑工具的发展完善，将具有真实感的物体 插入到图片序列和视频中变得越来越简单，这使得鉴别图像和视频的真实性变得越来越 重要。本专利技术涉及的数字图像真实性鉴定技术能对图像证据的可信度做出评价，揭示视 频帧之间、同一场景照片之间的内在差异，找出其中伪造的区域，为新闻、军事、法律、 经济等提供决策支持，并且能够广泛应用于军事领域和民用领域。本专利技术以成像的双视 几何原理为切入点，分别从平面单应性约束和极几何约束两方面鉴定图像真实性。本专利技术中涉及到的
技术介绍
有(1)数字水印技术。数字水印技术1通过事先 在图片中加入水印信息來识别修改过的图像。(2)基于区域相似度比较的鉴别算法。如2中Wang和Farid通过估计区域相似度判断视频中的复制伪造。(3)通过矫正图像 序列或视频帧之间几何形变的方法。如3中Johnson和Farid描述了一种通过矫正扭 曲的方法来判断伪造。目甜，图像伪造检测技术主要分为数字水印技术和盲检测技术。数字水印技术在原 始图像中加入"水印"以防止篡改者对图像进行修改。然而，数字水印技术有两个难以 克服的缺陷。首先，它需要图像提供者在图像拍摄时对图像进行预处理以加入水印，但 这在很多实际情况下是不可能的，通常得到的图像是没有经过"预处理"的图片；其次， 水印信息很容易被像JPEG、 MPEG4这样的有损压縮毁坏，导致鉴定失败。另一类为盲检 测技术，即不依赖任何预签名提取或预嵌入信息来鉴别图像真伪和来源的技术，具有较 高适用性。Wang和Farid2通过比较视频中各帧之间、帧内各区域之间的相似度来查 找复制伪造区域，即使在摄像机运动的情况下也能进行伪造检测，但只能处理视频帧之 间小幅度的移动。并且随着相机的运动，同一物体形状和大小都会发生扭曲和变化，这 种方法的性能也会随着扭曲程度的加深而剧烈退化，另外，此类方法的时间复杂度太高， 不适合大规模应用。Johnson和Farid3采用图像序列中已知特定形状的物体矫正几 何形变，经过矫正的图像应该一致，不一致的地方即为伪造区域，但该方法必须使用特 定的己知形状的物体去矫正变形，如多边形和圆形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种数字媒体(数字图像序列或视频)真实性的验证技术。本专利技术以摄像机成像时的双视几何理论为基础，分别用强几 何约束(H约束)和另一种弱几何约束(F约束)作为特征约束，对图像真实性作出评价。 本专利技术只需找到有重叠部分的多张图片即可进行鉴定，具有很广的适用性。 本专利技术采用如下的技术方案一种，包括下列歩骤第一步在需要鉴定的图像序列或视频中若能找出两张图像(I，I')，这两张图像满足如下条件之一，则采用如下的方法检测图像序列或视频是否存在伪造区域，否则，直 接执行第二步(I )摄像机位置保持不动。具体包括相机纯转动和纯縮放的情况；(II) 成像物体在同一个平面上或在某一局部范围内待鉴定物体在同一个平面上(1) 采用SIFT (Scale Invariant Feature Transform,具有尺度不变性的特征转换) 方法查找两幅图像上相对应的特征点。(2) 使用Bucketing方法和RANSAC方法对査找到的相对应的特征点进行两次筛选，得 到至少4组相对应的特征点；(3) 采用黄金准则法估计平面单应性矩阵H;(4) 采用反向映射的方法，利用计算得到的平面单应性矩阵H还原I到I';(5) 采用像素差异的方法计算差异程度，公式为D(fi，W = l-C(ii^)，c(a，"= 2 其中5,i是从图像中抽象出来的作为局部特征描述的向量，？7,，" ,是分别与A7对应的第i项，从分别是对应于ii，V的 平均值；(6) 利用阈值切割差异图，得到伪造区域的二值掩模图像；(7) 对得到的二值掩模图像，去除离散的小区域，得到指示伪造区域的二值图像。 第二步在需要鉴定的图像序列或视频中找出两张图像(I，I')，这两张图像为同一个物体的图像，则采用如下的方法检测图像序列或视频是否存在伪造区域(1) 采用SIFT (Scale Invariant Feature Transform,具有尺度不变性的特征转换) 方法査找两幅图像上相对应的特征点。(2) 使用Bucketing方法和RANSAC方法对査找到的相对应的特征点进行两次筛选；(3) 采用因子化线性算法估计基本矩阵F;(4) 定义点和直线的距离为d(^，Fx,^ & (XjFx/),、，采用点和直线距离作为评判标准，找出所有距离大于某一阈值的对应点，形成伪造点的二值掩模图像；(5) 利用形态学操作，得到伪造区域的二值图像。 本专利技术以有重叠区域的图像组作为输入进行数字取证，首先用平面单应性矩阵约束(H约束)还原一张图片到另一张图片，然后进行像素级别的比较以找出图像中伪造的部 分，然后用极几何的基本矩阵约束(F约束)来计算对应点与其极线之间的距离来找出图像中的伪造部分。本专利技术相比数字水印方法不需要对图像进行预处理，相比Wang和Farid 的方法具有计算复杂度低、能处理摄像机剧烈运动的情况等优点，相比Johnson和Farid 的方法，具有不依赖已知特定形状的物体的优势，具有更强的可行性和适用性。附图说明图1 H约束示意图(a)为纯转动和纯缩放情况(b)为局部共面情况。(a)中的c 为相机，n,和ii2为相机转动甜后的成像面，i和&为X在相机转动前后的成像点。Ji, 和it 3为相机縮放前后的成像面，l和&为X在相机縮放前后的成像点。(b)中d和c2 为两个相机的位置，x,和&为X点在这两个相机上的成像点。图2 Bucketing技术原理。Bucketing技术采取全局优化的策略减轻由伪造区域造 成的污染，图2 (a) 、 (b)分别为相机转动前后的一组图像，图像上的特征点用矩形和 三角形和标出，其中实心矩形代表原始图像真实区域的特征点，而空心三角形表示伪造 区域的特征点，较大的矩形和三角形表示经过Bucketing技术选择出来对应点。图3极几何约束原理。其中c,和C2为两个相机，x,和&为X在这两个相机上的成 像点，e,和e2为极点，l,为极线。图4基于双视几何的图像真实性鉴别方法总体流程图。图5 用SIFT查找对应特征点与用Bucketing技术过滤对应点。(a歹ll)为两张有 伪造区域的图像，伪造区域用虚线椭圆标出。(b列)为两张原始图像不使用Bucketing 技术时对应点的分布。(c列)为两张原始图像使用了 Bucketing技术后对应点的分布。图6采用H约束鉴定图像真伪实验结果。第一行和第二行分别为相机转动和相机縮 放的情况。(a列)、(b列)为两张输入的原始图像。(c列)为对(a歹i」)的图像用 计算得到的H矩阵进行变换得到的图像，经过变换，(b列)和(c列)图像在共有区域 应该是一致的。(d列)伪造区域检测结果，其中白色区域为伪造区域，虚线框内的图像 为放大的局部图像。图7釆用F约束鉴定图像真实性的实验结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双视几何的图片伪造检测方法，包括下列步骤：　第一步：在需要鉴定的图像序列或视频中若能找出两张图像（Ｉ，Ｉ′），这两张图像满足如下条件之一，则采用如下的方法检测图像序列或视频是否存在伪造区域，否则，直接执行第二步：（Ⅰ）摄像机位 置保持不动。具体包括相机纯转动和纯缩放的情况；（Ⅱ）成像物体在同一个平面上或在某一局部范围内待鉴定物体在同一个平面上　（１）采用ＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｖａｒｉａｎｔ　Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，具有尺度不变性的特征转换）方 法查找两幅图像上相对应的特征点。　（２）使用Ｂｕｃｋｅｔｉｎｇ方法和ＲＡＮＳＡＣ方法对查找到的相对应的特征点进行两次筛选，得到至少４组相对应的特征点；　（３）采用黄金准则法估计平面单应性矩阵Ｈ；　（４）采用反向映射的方法 ，利用计算得到的平面单应性矩阵Ｈ还原Ｉ到Ｉ′；　（５）采用像素差异的方法计算差异程度，公式为Ｄ（＊，＊）＝１－Ｃ（＊，＊），＊＊＊其中＊，＊是从图像中抽象出来的作为局部特征描述的向量，＊↓［ｉ］，＊↓［ｉ］是分别与＊，＊对应的第ｉ项， μ↓［ｕ］，μ↓［ｖ］分别是对应于＊，＊的平均值；　（６）利用阈值切割差异图，得到伪造区域的二值掩模图像；　（７）对得到的二值掩模图像，去除离散的小区域，得到指示伪造区域的二值图像。　第二步：在需要鉴定的图像序列或视频中找 出两张图像（Ｉ，Ｉ′），这两张图像为同一个物体的图像，则采用如下的方法检测图像序列或视频是否存在伪造区域：　（１）采用ＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｖａｒｉａｎｔ　Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，具有尺度不变性的特征转换）方法查找两幅 图像上相对应的特征点。　（２）使用Ｂｕｃｋｅｔｉｎｇ方法和ＲＡＮＳＡＣ方法对查找到的相对应的特征点进行两次筛选；　（３）采用因子化线性算法估计基本矩阵Ｆ；　（４）定义点和直线的距离为ｄ（ｘ↓［２］，Ｆｘ↓［１］）＝＊＊＊， 采用点和直线距离作为评判标准，找出所有距离大于某一阈值的对应点，形成伪造点的二值掩模图像；　（５）利用形态学操作，得到伪造区域的二值图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：操晓春，张炜，冯志勇，王萍，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]