姚園園

河南警察學(xué)院，河南 鄭州 450003

隨著高性能數(shù)字圖像采集設(shè)備與智能化圖像編輯處理軟件的普及應(yīng)用，數(shù)字圖像的篡改變得更簡單且更難于識(shí)別，給圖像信息與圖像證據(jù)的可靠性帶來危機(jī)。因此，對(duì)數(shù)字圖像資料的真實(shí)性、原始性、完整性的檢驗(yàn)已逐漸成為一項(xiàng)常規(guī)檢驗(yàn)工作對(duì)司法鑒定人員提出了挑戰(zhàn)，也成為圖像處理、信息安全等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前的技術(shù)方法主要分為兩大類:手工鑒別方法和計(jì)算機(jī)自動(dòng)圖像鑒別技術(shù)。

1 手工鑒別方法

1.1 初步檢驗(yàn)

1.1.1 查看EXIF元數(shù)據(jù)信息

數(shù)碼照片的EXIF信息是鑲嵌在JPEG格式中的數(shù)碼相機(jī)原始拍攝信息，包括生產(chǎn)信息、攝影參數(shù)和照片的修改信息等，可以使用專門軟件來查看。如果EXIF信息完整且顯示沒有使用軟件處理過，該照片就是原始照片；反之則修改過，需要進(jìn)一步進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)。

1.1.2 分析圖像內(nèi)容是否合理

攝影作品通過畫面內(nèi)容反映一定的攝影意圖，是一個(gè)有機(jī)的整體。而偽造照片是將不同的內(nèi)容元素重組來表達(dá)一種虛擬的內(nèi)容。通過解讀攝影意圖，分析攝影畫面的不合邏輯之處可以判斷照片的真?zhèn)巍＠绶治鰯z影時(shí)的季節(jié)氣候、地理環(huán)境與人物衣著、動(dòng)植物的分布及生長狀況是否一致；人物與背景關(guān)系、表情肢體動(dòng)作是否符合情節(jié)等。

1.1.3 對(duì)圖像細(xì)部進(jìn)行像素級(jí)分析

將圖像放大至邊緣輪廓及線條至像素級(jí)，可以清晰顯示出由剪切、拼接等操作所形成的色調(diào)統(tǒng)一性、連續(xù)性的破壞；線條錯(cuò)位、邊緣粗糙；改變圖像比例形成的局部圖像分辨率差異等。

1.2 根據(jù)攝影成像景深原理進(jìn)行檢驗(yàn)

照片上清晰景物的縱深范圍即為景深，景深范圍外的被攝物距離對(duì)焦點(diǎn)平面越遠(yuǎn)的景物成像越模糊。景深的大小受到焦距、光圈等因素的影響，使得在添加性篡改中很難做到實(shí)現(xiàn)畫面景深的一致性。例如偽造照片可能出現(xiàn)不同縱深段的兩個(gè)景深范圍，或同一平面景物有的清晰而有的不清晰。在對(duì)圖像進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，首先尋找景深范圍，然后根據(jù)景深前后縱深范圍物體的清晰度變化是否與景深原理相符合，查找篡改部位。

1.3 根據(jù)攝影成像透視規(guī)律進(jìn)行檢驗(yàn)

圖像上物體之間的立體關(guān)系通過在二維平面上的大小、遠(yuǎn)近、虛實(shí)等透視現(xiàn)象表現(xiàn)出來，符合透視規(guī)律。例如近大遠(yuǎn)小規(guī)律；互相平行的線段向遠(yuǎn)方逐漸靠攏并消失于滅點(diǎn)；非水平的傾斜線條消失于天點(diǎn)或地點(diǎn)；與畫面不平行的水平線條消失于視平線上心點(diǎn)兩旁的滅點(diǎn)等。如果照片中各個(gè)成像物的比例關(guān)系違背透視規(guī)律，則說明該照片存在篡改。應(yīng)注意鏡頭的焦距不同產(chǎn)生的透視效果也不同，焦距越小透視效果越強(qiáng)，影像的畸變越強(qiáng)烈。

1.4 根據(jù)攝影用光特性進(jìn)行檢驗(yàn)

光是攝影成像的必備條件。光對(duì)物體照明，塑造物體形象和質(zhì)感，描繪影調(diào)與色調(diào)。光源性質(zhì)不同，光強(qiáng)度不同，照射方向與距離不同均產(chǎn)生不同的造型效果。可以根據(jù)圖像所攝物體中光線性質(zhì)、數(shù)量、角度、亮度以及照片的色調(diào)、反差以片影調(diào)的一致性來判斷照片中的可疑點(diǎn)，再進(jìn)行量化檢驗(yàn)。例如，可根據(jù)人的眼睛反映出的光源的數(shù)量一致性進(jìn)行篡改檢測。

2 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像鑒別技術(shù)

數(shù)字圖像鑒別技術(shù)是計(jì)算機(jī)取證技術(shù)的一個(gè)分支，用來檢驗(yàn)數(shù)字圖像原始性、真實(shí)性、完整性。目前數(shù)字圖像鑒別技術(shù)可分為主動(dòng)式鑒別技術(shù)和被動(dòng)盲鑒別技術(shù)兩大類。

2.1 主動(dòng)鑒別技術(shù)

主動(dòng)鑒別技術(shù)預(yù)先向圖像中嵌入數(shù)字水印、數(shù)字簽名等驗(yàn)證信息，在取證時(shí)中提取該信息，以確定是否被非法篡改?，F(xiàn)有的用于圖像真?zhèn)舞b別的圖像主動(dòng)取證技術(shù)包括脆弱數(shù)字水印和圖像哈希。脆弱水印是在圖像的空域或頻域中嵌入易碎水印信息，當(dāng)圖像被篡改時(shí)水印信息就遭到破壞從而暴露出篡改行為。每個(gè)數(shù)字文件包括數(shù)字圖像都具有獨(dú)有的字符串哈希值。哈希具有敏感性，即使圖像修改1比特也會(huì)使哈希值產(chǎn)生改變，因此可以通過查看哈希值判斷圖像是否為原始圖像。

2.2 被動(dòng)鑒別技術(shù)

數(shù)字圖像被動(dòng)取證技術(shù)不需預(yù)先嵌入信息，僅根據(jù)圖像自身特性對(duì)圖像的真?zhèn)魏蛠碓催M(jìn)行鑒別和取證。

2.2.1 基于圖像處理操作的遺留痕跡特征進(jìn)行鑒別

1）復(fù)制—粘貼檢測

目前應(yīng)用較廣泛的一種圖像篡改方法是將圖像中的一部分復(fù)制后粘貼至同幅圖像的其他部分來覆蓋掉場景中的人或物。根據(jù)復(fù)制區(qū)域和粘貼區(qū)域在內(nèi)容上基本相似的特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)相關(guān)算法進(jìn)行檢測，目前的檢測方法主要有窮舉搜索法、圖像塊自相關(guān)矩陣法和圖像塊匹配法等。

2）重采樣檢測

為了使篡改圖像更自然，操作者往往采用縮放、旋轉(zhuǎn)等操作，這就對(duì)圖像做了重采樣。重采樣會(huì)造成像素值之間的特殊關(guān)聯(lián)性，利用這種特性可檢測圖像中經(jīng)過重采樣的區(qū)域。目前該檢測算法有數(shù)學(xué)期望最大化（EM）算法等。

3）模糊操作檢測

模糊操作來常用來潤飾經(jīng)過剪切、拼接的圖像邊緣，消除偽造痕跡。模糊操作檢測能夠找出圖像中人工模糊操作的證據(jù)，判斷圖像真?zhèn)?。目前的小波域檢測法、基于異常色調(diào)率的模糊操作檢測法等都有很高的檢測率。

4）JPEG壓縮檢測

JPEG是數(shù)碼相機(jī)通用的照片格式，也是網(wǎng)上廣泛傳輸?shù)囊环N圖像格式。JPEG又是一種有損壓縮標(biāo)準(zhǔn)，JPEG圖像修改后保存時(shí)，會(huì)再次進(jìn)行壓縮。當(dāng)圖像中不同區(qū)域呈現(xiàn)不同的雙重壓縮特征時(shí)，說明該圖像不是正常的保存性壓縮，而是經(jīng)過了篡改。目前有雙重量化效應(yīng)檢測法、塊效應(yīng)檢測法等。

2.2.2 基于圖像獲取設(shè)備引入的特征進(jìn)行鑒別

數(shù)字成像設(shè)備在獲取圖像的過程中會(huì)將自身固有的屬性特征引入圖像，如果對(duì)圖像進(jìn)行修改必將影響這些特征。若將不同來源的圖像進(jìn)行合成篡改，相應(yīng)區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)出不同的設(shè)備特征。

因此，通過分析這些特征信息也可以進(jìn)行圖像真?zhèn)舞b別。目前有基于不同品牌型號(hào)的色彩濾鏡陣列（CFA）插值算法唯一性特征的CFA插值關(guān)聯(lián)性檢測法；基于相機(jī)光學(xué)鏡頭引入的色差一致性的橫向色差檢測算法；基于相機(jī)傳感器引入噪聲一致性的噪聲模式檢測法；基于幾何不變量和相機(jī)響應(yīng)函數(shù)(CRF)的一致性特征的CRF檢測等。

2.2.3 基于數(shù)字圖像自身的場景特征進(jìn)行鑒別

1）基于自然圖像統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行鑒別

自然圖像具有類似的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，因此可以采用一定的統(tǒng)計(jì)特征和區(qū)分閾值來判斷圖像是否被篡改。這種方法通常目前常用來區(qū)分自然圖像與計(jì)算機(jī)生成圖像。目前有多尺度小波分解和高階統(tǒng)計(jì)建模的檢測方法等。

2）基于物理學(xué)原理進(jìn)行鑒別

基于物理學(xué)原理的圖像檢測涉及到圖像理解的問題，研究較少，目前有主要針對(duì)單個(gè)光源進(jìn)行用光具有一致性建模的檢測方法，利用相機(jī)的投影點(diǎn)（主點(diǎn)）一致性來判斷圖像真?zhèn)蔚臋z測法等。

3 各類鑒別方法比較及展望

1）手工檢測方法常用在司法鑒定部門的聲像資料鑒定工作中，目前尚無完整的體系和規(guī)范的操作標(biāo)準(zhǔn)，鑒別結(jié)果受檢測人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、主觀認(rèn)知的影響較大；

2）數(shù)字圖像主動(dòng)鑒別技術(shù)檢測準(zhǔn)確性較高，但要先期對(duì)圖像進(jìn)行特殊處理，并且需要特殊的閱讀程序才能讀取出來。這使該技術(shù)的應(yīng)用受到限制；

3）被動(dòng)鑒別技術(shù)不依賴于額外信息，只通過圖像本身特征進(jìn)行真?zhèn)舞b別的特性，使它具有更廣闊的應(yīng)用前景。但是目前的技術(shù)往往只針對(duì)特定的篡改類型有效，魯棒性差。

數(shù)字圖像的真?zhèn)舞b別技術(shù)目前還是一個(gè)新興領(lǐng)域，在今后的發(fā)展中應(yīng)注意如下幾個(gè)方面:建立通用體系結(jié)構(gòu)；融合現(xiàn)有自動(dòng)鑒別手段，增強(qiáng)適應(yīng)性，全面鑒別偽造圖像；研究成像過程中的物理原理，加強(qiáng)圖像內(nèi)容理解，創(chuàng)新半自動(dòng)式鑒別技術(shù)。

[1] 楊用文，金志祥.淺談偽造照片常規(guī)檢驗(yàn)方法[J].云南警官學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(1).

[2] 王朔中，吳酋珉.真?zhèn)沃q—數(shù)字圖像的防偽認(rèn)證[J].自然雜志，32(5).

[3]趙俊紅.數(shù)字圖像被動(dòng)取證技術(shù)綜述[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010，32(8).

[4]馬婷婷.碩士學(xué)位論文[D].長沙:長沙理工大學(xué)，2011.