1、毕业设计开题报告计算机科学与技术数字图像篡改的检测研究一、选题的背景与意义21世纪是一个高速发展的信息化世纪，计算机已经深入到普通家庭。人们对生活水平的要求越来越高，使得各色各样的软件接踵面世。其中，数字图像处理软件深受人们的喜爱。我们现在普遍在使用的图像处理软件如PHOTOSHOP、IPHOTO、ACDSEE等给我们的生活带来了前所未有的方便1。随着数字图像应用的普及图像编辑与处理工具的发展，图像篡改技术已广泛应用于人们的日常生活和工作当中，这在一定程度上满足了人们的正常需要。为满足人们的审美要求，这类软件的功能也越来越强大，照片的真伪几乎很难用肉眼辨别。然而，在满足人们生活要求的同时，数字
2、图像处理软件的发展也带来了不可忽视的弊端。因为人们难以辨别图像的真伪，就极容易受到不法分子的欺骗。一些不法分子将篡改图像用在了新闻媒体或法律上，对公共事业的公信力造成了严重的损害。图A是前端时间在网上流传的广场鸽照片，图中红圈里的两只鸽子差不多，从一处地方复制到另一处地方的；图B是登在南方都市报上的一幅草坪上鸽子与人和睦相处的图片，但是其中鸽子有很多都是相似的，只多次使用复制/粘帖篡改而成。鸽子的篡改图像可能引发的负面影响还小，但是有些图像的篡改就可能带来较大的影响。图C是一幅飞弹照片，图中的画圈部分很是相似，检测后发现也是经过篡改而成的，该照片反应一个国家军事实力的强弱，所以带来的影响较大。
3、一张篡改过的照片很难用肉眼分辨真伪，造成了政治、文化、新闻和科学真实性等方面的负面影响。虽然图像处理软件的设计初衷是好的，但是也不乏一些人出于各种不同的目的，恶意传播一些经过精心伪造和篡改的数字图像，以达到不可告人的目的2。图A图B图C篡改图像如被大量地用于正式媒体、科学发现、保险和法庭证物等，这无疑将会对政治和社会稳定产生严重的影响。军事、政治和外交中的照片篡改会被别有用心的人利用而引发军事冲突、政治风波和外交失和。科学发现中的篡改实验图像就是科学欺骗有关换头照等照片篡改对个人名誉造成损失的例子更是数不胜数。并且，伪造照片的激增可能使一些真正的证据失去其应有的效应。这些存在的问题会引起人们对
4、面前的数字图像的真实性产生质疑，对极其相似的图像难以区分真假3。因此，对数字图像篡改检测的需求变得越来越迫切了。由于图像中的复制区域和对应的粘贴区域基本相似,基于这个特点,可以通过寻找图像中存在的相似区域来检测图像的伪造痕迹。穷举搜索法最为简单,易于实现,但运算量大。为了减少运算量,JFRIDRICH把对图像像素的点操作转化为块操作,提出了一种对图像块的DCT量化系数进行字典排序的算法,来检测图像复制伪造区域5。在FRIDRICH基础上，FARID提出基于主成份分析6（PCA）法得到降维后的特征向量，但每次移动一个像素的滑窗操作使得排序矩阵的规模相当庞大，而字典排序又是计算复杂度的主要原因。为
5、了进一步减小计算量，LI提出了基于离散小波变换（DWT）的方法710，该方法通过分析图像小波变换后的低频分量，利用奇异值分解获得小波低频图像的降维特征，然后对形成的特征矩阵进行字典排序，最后根据图像块的偏移频率信息,检测出复制伪造区域。再者，JOHNSON提出估计图像块二维光源方向的方法，该方法通过提取图像闭合边界，并沿着闭合边界将图像分成若干局部块，然后计算局部块的二维光源方向，根据光源方向的一致性情况来检测图像是否被篡改8。又有根据双压缩现象提出的基于双JPEG压缩统计特性的图像篡改检测方法9。还有，借鉴图像匹配技术中的SIFT（SCALEINVARIANTFEATURETRANSFORM
6、）特征匹配算法4，提出了基于SIFT算法的图像复制粘贴篡改操作的检测。该方法对图像旋转、缩放、亮度调整等后处理操作具有鲁棒性。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容针对一种特殊的图像篡改方式复制/粘贴COPYMOVE,即从原图像中截取某一部分，将其复制、粘贴到该图像中的其他位置，并进行一定的后处理操作，从而达到遮盖某些区域目标的篡改行为，设计一种对复制粘贴篡改行为的检测方法。利用PHOTOSHOP、PAINTNET、GIMP等图像编辑软件，任何人都可以轻松地利用“复制”、“粘贴”、“删除”、“修复”等操作对一幅图像中的内容加以篡改。设计一种对同图中的复制粘贴篡改行为的检测方法，并利
7、用MATLAB做仿真试验。拟解决的主要问题（1）复制/粘贴篡改图像是一种常见的形式，针对该篡改操作，提出一种有效的检测方法。（2）对可提升之处进行研究三、研究的方法与技术路线研究的方法计算机实验法，辅以文献法。在毕业设计的前期，广泛阅读大量的文献、图书和电子资料，掌握本毕业设计中的技术。然后，开始设计鉴别方法和具体代码的编写工作。代码编写完成后，对此种方法进行测试和优化。技术路线针对复制/粘贴方式的篡改图像，用基于图像匹配的篡改检测方法，实现篡改区域的检测和显示。基于图像匹配的篡改检测方法任何复制粘帖操作都会引入原始图像区域和篡改图像区域的相关性，这种相关性是通常用来检测区域复制操作的基本属性
8、。这种算法的模块匹配有三个因素图像特征、相似性测度、搜索策略。这里使用奇异值分解（SVD）获得图像的稳定特征。SVD的特征有图像奇异值的稳定性非常好；奇异值所表现的是图像的内蕴特性而非视觉特性，反映的是图像矩阵元素之间的关系；图像分解得到的奇异值序列中第一个奇异值要比其它的大得多，忽略这些较小的奇异值项重构的图像质量不会发生太大的退化。算法主要的步骤有（1）图像分块。（2）奇异值分解得特征向量。（3）块的相似性匹配。（4）鉴定篡改区域。（5）显示篡改区域。四、计划进度2010年11月12月，技术上，相关资料的准备阅读文献，明确课题任务，撰写开题报告。2011年1月4月对现有方法做实验对比、分析
9、，按照开题报告，实现对复制粘贴篡改行为的基于奇异值分解的检测方法，并作仿真实验。2009年5月撰写论文，准备论文答辩。五、主要参考文献1张婷基于数字图像统计特性的篡改检测方法研究M，2009宁波大学，硕士论文。2周丽娜数字图像盲取证技术研究M，2007北京邮电大学，博士研究生论文。3詹玲超基于数字图像统计特性的篡改检测算法研究M，2007上海师范大学，硕士论文。4李生红、张爱新、郑爱双、朱彤、金波基于SIFT的图像复制遮盖篡改检测技术M，解放军理工大学学报第10卷第4期，2009年8月。5FRIDRICHJ,SOUKALD,LUKASJDETECTIONOFCOPYMOVEFORGERYIND
10、IGITALIMAGESCLEVELANDPROCEEDINGSOFDIGITALFORENSICRESEARCHWORKSHOPDFRWS,20036POPESCUAC,FARIDHEXPOSINGDIGITALFORGERIESBYDETECTINGDUPLICATEDIMAGEREGIONS,TECHNICALREPORTTR2004515,DEPARTMENTOFCOMPUTERSCIENCE,DARTMOUTHCOLLEGE,20047LIGH,WUQ,TUDSUNSJASORTEDNEIGHBORHOODAPPROACHFORDETECTINGDUPLICATEDREGIONSIN
11、IMAGEFORGERIESBASEDONDWTANDSVDINPROCEEDINGSOF2007IEEEINTERNATIONALCONFERENCEONMULTIMEDIAANDEXPO,BEIJING,CHINAIEEE,2007175017538JOHNSONMK,FARIDHEXPOSINGDIGITALFORGERIESBYDETECTINGINCONSISTENCIESINLIGHTINGINPROCEEDINGSOFTHE7THWORKSHOPONMULTIMEDIAANDSECURITY,NEWYORK,NY,USA,20051109岳红原，黄坚基于双JPEG压缩统计特性的图像篡改检测方法M，南京工程学院学报自然科学版，第7卷第2期，2009年6月。10吉建华，高旭膦基于小波变换的JPEG2000图像篡改检测算法M，微计算机信息2010年第26卷第62期。
