JPEG图像合成伪造盲取证技术研究

摘要

JPEG图像作为应用最广泛的图像格式，保证其真实性在某些场合至关重要，而图像合成是最常见的图像篡改手段，JPEG图像合成伪造总体上可以分成同幅合成伪造和异幅合成伪造两类，针对于这两种伪造手段的取证方法有着完全不同的思路，同幅合成伪造的取证方法常基于遍历搜索图像中是否有相似的区域；异幅合成伪造的取证方法则常基于判断图像各个区域是否具有一致性。针对这一问题，本文首先从研究JPEG压缩算法的失真入手，发现图像的失真主要源于量化步骤，进而提出由于量化而出现的取整误差和截断误差，通过实验统计，发现截断误差在这两种误差中所占的比重非常小，可以忽略不计，主要的失真来自取整误差。通过对取整误差特点的探讨，推导出经过JPEG压缩过的图像其DCT变化系数直方图有一个聚堆性质，根据这一性质提出了一种有效的检查JPEG压缩痕迹算法，进一步分析双重JPEG压缩后图像产生的误差，发现如果前后两次压缩的质量因子一样时有一个显著特性，根据这个特性设计了一种估计JPEG压缩质量因子的方法。然后针对JPEG图像同幅合成伪造提出了一种新的取证方法，该方法将图像分成许多重叠块，然后对每个重叠块提取一个基于模糊不变矩的18维的特征向量，通过比对这些特征向量来定位伪造区域，实验结果表明本文提出的方法时间复杂度较低，对JPEG图像同幅合成伪造有很好的检测效果，对于纹理比较复杂的图像在质量因子为50时仍然可以精确定位，并且该算法能够抵御零均值噪声和模糊操作的影响，具有很好的鲁棒性。最后针对JPEG图像异幅合成伪造提出一种基于光照不一致性的解决方法，首先分析了在单个理想光源下物体表面的反射场景，通过“咬合线”概念的引入，将光源方向计算问题从三维转化到了二维，然后提出用椭圆来对咬合线进行拟合，并给出了拟合公式以及算法，之后给出了一种估计咬合线上点的反射强度的推测算法，这两个步骤可以降低JPEG压缩失真给算法带来的影响，最后给出了算法的总体流程，实验结果表面本方法对于JPEG图像异幅合成伪造有很好的检测效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 研究背景及意义

第二节 数字图像取证技术分类

1.2.1 数字图像伪造技术简介

1.2.2 数字图像主动取证技术

1.2.3 数字图像被动取证技术

第三节 数字图像盲取证系统框架

第四节 本文研究内容及章节安排

第二章 JPEG压缩算法误差分析

第一节 JPEG压缩算法简介

2.1.1 JPEG压缩算法原理

2.1.2 JPEG压缩算法的编码方式

第二节 JPEG误差分析

2.2.1 单次压缩的量化误差

2.2.2 单次压缩的其它误差

2.2.3 JPEG重压缩误差分析

第三节 估计JPEG量化矩阵

2.3.1 单次压缩的量化步长估计

2.3.2 多次压缩的量化步长估计

第三章 基于模糊不变矩的JPEG同幅合成伪造检测

第一节 JPEG图像同幅合成伪造的研究背景

3.1.1 JPEG同幅合成伪造简介

3.1.2 JPEG同幅合成伪造检测的难点

第二节 模糊不变矩

3.2.1 模糊操作和JPEG压缩的相似性分析

3.2.2 模糊不变矩

第三节 特征向量的计算

第四节 算法流程

3.4.1 提取重叠块

3.4.2 生成p+q阶矩点积模板

3.4.3 重叠块特征提取

3.4.4 重叠块相似性分析

3.4.5 伪造区域定位

第五节 实验结果

第四章 基于光照不一致性的JPEG异幅合成伪造检测

第一节 JPEG图像异幅合成伪造检测的研究背景

第二节 单个理想光源方向估计

4.2.1 三维场景的光源估计方法

4.2.2 二维图像中的光源方向估计

4.2.3 咬合线拟合

4.2.4 估计图像强度

第三节 基于光照不一致性的JPEG异幅图像合成伪造检测

4.3.1 非理性条件下的光源方向估计

4.3.2 JPEG异幅图像合成伪造检测算法

4.3.3 实验结果

第五章 总结与展望

第一节 本文工作总结

第二节 JPEG图像合成伪造检测技术的展望

参考文献

致谢

附录

个人简历