專利名稱：：基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于圖像處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種數(shù)字圖像真實性鑒定方法。
背景技術(shù)：
：在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)高速發(fā)展的大背景下，圖像處理軟件的功能也越來越強大，操作越來越簡單。偽造者可以不留明顯痕跡地在一幅圖像中添加重要信息，實現(xiàn)對圖像的偽造篡改。而數(shù)字圖像篡改和偽造如被用于正式媒體、科學發(fā)現(xiàn)和法庭證物等，將會對政治和社會穩(wěn)定產(chǎn)生重要的影響。因此，開展針對數(shù)字圖像篡改的數(shù)字圖像取證研究，對于確保公共信任秩序、打擊犯罪、維護司法公正和新聞?wù)\信具有十分重要的意義。數(shù)字圖像偽造檢測技術(shù)主要包括盲檢測和非盲檢測兩種。傳統(tǒng)的非盲檢測包含易碎數(shù)字水印技術(shù)和數(shù)字簽名技術(shù)等多種驗證數(shù)字篡改的方法，但這些方法都必須提前向原始數(shù)字照片中嵌入驗證信息，因此容易受到應(yīng)用條件的限制，現(xiàn)在數(shù)字圖像取證更注重對盲檢測方法的研究。目前，已經(jīng)存在多種盲檢測技術(shù)，在此列舉如下幾種(1)基于區(qū)域相似度比較的鑒別算法。如Fridrich的方法3通過比較圖像各區(qū)域的相似度來査找復制偽造區(qū)域，但該方法需要從已知圖像或視頻中提取待比較區(qū)域以進行比較，所以不能識別未知來源的圖像偽造。另外，此類方法的時間復雜度太高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。(2)基于成像原理的判斷方法。Johnson和Farid4釆用相片中人眼的特征估計相機主點的位置，如果從同一個照片中兩個人眼睛估計出的主點位置差異很大，說明必然有一個人是從另外的相片中復制過來的。該方法在眼睛區(qū)域足夠大的情況下才有比較高的精度，考慮到目前主流相機分辨率的大小，拍的照片中人眼區(qū)域通常都是不可測量的，同時，該方法在人眼不可見時也會失效，如人戴著太陽鏡的情況。(3)基于物理特征的鑒別方法。WeiZhang和XiaochunCao等2通過比較圖像上不同影子的陰影著色一致性來判斷偽造區(qū)域。但是該方法要求影子必須投影在一個平面上，當物體位于高低不平的地面上(如臺階)時，檢測效果就會很不理想，而且當有多個點光源存在時，檢測效果也會大打折扣。(4)基于雙視幾何的檢測方法。WeiZhang和XiaochunCao等1將H約束和F約束應(yīng)用到兩幅圖像中的一幅圖像上，然后通過比較其相似性判斷偽造區(qū)域。但是該方法要求必須至少有兩幅圖像，只有一幅偽造圖像的情況下，不能達到檢測目的。(5)基于平面同源性的檢測技術(shù)。WeiZhang和Xiaoch皿Cao等2通過分析物體的頭、腳及影子的頭三點滿足的幾何約束(三線共點約束和交比一致性約束)來進行檢測。該方法同樣要求影子位于平面上，而且當圖像上根本沒有影子時，該方法就會完全失效，如陰天或在室內(nèi)拍攝的照片。(6)基于矯正測量的盲檢測技術(shù)。Johnson和Farid5通過對圖像消除射影影響和仿射影響，也就是將圖像矯正到相似變換這一層上，來判斷其真?zhèn)?。但是，該方法只能?yīng)用到某一平面上，比如墻面或地面等。對于沒有依附在這些平面上的物體則無法進行檢測。Criminisi、Reid禾QZisserman6提出的單視測量技術(shù)，要通過圖像上的三組平行線(兩組與參考平面平行，一組與參考平面垂直)來獲得三個消失點，然后進行下一步測量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，改進Criminisi、Reid和Zisserman6提出的單視測量技術(shù)，利用較少的幾何信息實現(xiàn)數(shù)字媒體(數(shù)字圖像或視頻)真實性驗證。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，包括下列步驟(5)對于給定的圖像，找出水平消失線l①和互相垂直的兩個消失點Vx、V"(6)計算攝像機焦距/:/=V-v"l)"(1)-v,(2)"(2)+v無+"(2)v。+"(1)"。+"(2)v0-"。2-v。2式中，v,、"用齊次坐標表示，且坐標第三維為l，("。，v。)是相機主點在圖像上的坐標；10—w。01-V。求得O;(8)根據(jù)公式L-COV，求得、；(7)根據(jù)公式0=》(5)在圖像上分別手動標出參考物體和目標物體的兩個端點，x、^分別對應(yīng)目標物體的頭和腳，<、、分別對應(yīng)參考物體的頭和腳；(6)根據(jù)Z--*z承-Oo力1求得目標物體的高度，式中，L是L的單位向量；(7)通過判斷此高度是否可信、是否在可接受的范圍內(nèi)來判斷目標物體是否為偽造區(qū)域。，作為優(yōu)選實施方式，上述的基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，步驟1中，以地面做參考平面，在圖像上選取與參考平面平行且互相垂直的兩個方向的兩組平行線，每組平行線的交點即為該方向的消失點，兩個消失點的連線便是所述的圖像的消失線。其中的步驟1還可以采用如下的四種方法6方法l:a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>b.由參考平面上的兩個不同方向的已知角得到兩個圓，求解兩圓的交點(a,"),得水平消失線L-[A/2/3]，設(shè)Hp10100到H,c.求解h-h^h;;1，h的前兩列分別為所要求的兩個消失點"、、。方法2:a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條_100.010水平消失線L:[/,/2/3]，設(shè)Hp-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>b.由參考平面上的兩個線段長度比得到兩個圓，求解兩個圓的交點(《,^)，得到0c.求解H-H^H^，H的前兩列分別為所要求的兩個消失點、、"。方法3:a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>水平消失線L-[/,/2/3]，設(shè)Hp二b.由參考平面上的兩組未知的相等角得到兩個圓，求解兩個圓的交點(a,")，得到<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>c.求解H-Hp—11^1，H的前兩列分別為所要求的兩個消失點"、vy。方法4:a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條""l00.010b.在一個已知角、一個長度比、一對未知相等角三個約束中任意選取兩個組合在1a水平消失線^二[/,/2/小設(shè)Hp-—起，得到兩個圓，求解兩個圓的交點("，/)，得到Ha二0010001v.H的前兩列分別為所要求的兩個消失點、，本發(fā)明中的單視測量方法，只需要從圖像上得到兩個互相垂直的消失點即可，而且，本發(fā)明給出了多種獲得消失點的約束條件。因此，本發(fā)明的方法屬于適用性更廣的盲檢測技術(shù)。本發(fā)明所需要的幾何信息在現(xiàn)實生活中也隨處可見，比如建筑物、廣場，馬路等。本發(fā)明相比Fridrich的基于區(qū)域相似度比較的方法具有計算復雜度低的優(yōu)點，且可以檢測未知來源的偽造圖像；相比Johnson和Farid采用人眼估計相機主點的方法，采用了具有一定高度、面積更大的物體作為參考物體；相比WeiZhang和XiaochunCao的基于陰影的方法，可用于室內(nèi)及各種天氣條件下拍攝的照片；相比WeiZhang和XiaochunCao的基于雙視幾何的方法，可以用于單幅圖像的偽造區(qū)域檢測；相比Johnson和Farid的單視矯正測量技術(shù)，可以檢測不依附于任何平面的獨立存在的目標物體。另外，由于提出了多種求取、、"的方法，且不用從圖像上獲得、，因此可應(yīng)用于更多的場景，具有更大的可行性和適用性。圖1由已知角求H八的示意圖，其中；(a)從圖像上要提取的信息(b)需要求解的兩個圓的交點。圖2由線段長度比求HA的示意圖，其中，(a)從圖像上要提取的信息8(b)需要求解的兩個圓的交點。圖3由未知相等角求Ha的示意圉，其中，(a)從圖像上要提取的信息(b)需要求解的兩個圓的交點。圖4由已知角與長度比求E^的示意圖，其中，(a)從圖像上要提取的信息(b)需要求解的兩個圓的交點。圖5對應(yīng)點幾何示意圖。圖6由垂直平行線求v,、v,及l(fā)。的示意圖。圖7基于單視測量的圖像偽造檢測技術(shù)總體流程圖。圖8單視圖測量實施例l，其中(a)原圖，(b)求消失線，(c)求H八，(d)檢測偽造區(qū)域。圖9單視圖測量實施例2，其中(a)原圖，(b)求消失線，(c)檢測偽造區(qū)域。具體實施例方式對得到的圖像或視頻幀，本發(fā)明采用幾何測量的方法檢測偽造區(qū)域。本發(fā)明需要求出圖像的一條水平消失線和垂直方向(與參考平面垂直)的消失點，再由一個已知參考高度計算出目標物體的高度，由此便能估計目標物體是否是偽造的。本發(fā)明采取如下步驟進行圖像偽造檢測。1.求水平消失線loo及Hp首先從圖像上找出與參考平面平行但可以是任意不同方向的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條水平消失線L-[/,/2/3]，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>2.求解Ha本發(fā)明給出了如下4種求解I^的方法。(1)由參考平面上的兩個不同方向的已知角(每個已知角構(gòu)成一個圓約束)得到兩個圓，兩圓的交點為(a，/)(如圖n，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(2)由參考平面上的兩個線段長度比(每個長度比構(gòu)成一個圓約束)得到兩個圓(如圖2)，其中形成每個長度比的兩個線段不平行。通過解得兩個圓的交點(a,-)求得HA。(3)由參考平面上的兩組未知的相等角(每組未知相等角構(gòu)成一個圓約束)得到兩個圓(如圖3)，其中每組的兩個相等角不同向。通過解得兩個圓的交點("，/)求得Ha。(4)在一個已知角、一個長度比、一對未知相等角三個約束中任意選取兩個組合在一起，得到兩個圓(如圖4)，求得h八。3.計算互相垂直的兩個消失點V,、Vyh《h:1(i)由(1)解得h，h的前兩列分別為所要求的v,4.計算攝像機焦距/及絕對二次曲線o/0<'(2)v,k=0/v0001其中，k是攝像機校準矩陣，/是攝像機的焦距，(m。，v。)是相機主點在圖像上的坐標，對于給定的圖像，"。，v。是已知的。e^(kk，1(3)v/，=0(4)將(2)代入(3)，可得(0=+起代入(4)，便得到了一個關(guān)于/的一元二次等式，解得:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>然后將(O、V。v—22-"o一v。/-"(1)"(1)-^(2)"(2)+v,(l)"o+v,(2)v。+"(l)"o+、(2)v。-2(v,、v^用齊次坐標表示，且坐標第三維為l)，進而可求得k及co。5.求解Vz(5)將第l步求得的l。與第4步求得的(o代入(5)，即解得了、。6.在圖像上分別標出參考物體及目標物體的兩個端點為了計算目標物體的高度，我們需要在圖像上分別手動標出參考物體和目標物體的兩個端點，即頭和腳的位置，如圖5所示(x、x分別對應(yīng)目標物體的頭和腳，、x,分別對應(yīng)參考物體的頭和腳)。在這里，兩個物體的腳必須處于參考平面上，并且參考物體的實際高度也要是已知或可估計的。7.用高度測量判斷圖像偽造orZ=--(6)其中，1。是L的單位向量，即L"』lla將參考物體的兩個端點及參考高度應(yīng)用于(6)，求得a;再將目標物體的兩個端點及"代入(6)，即可解出目標物體的高度。事實上，為了減小誤差，完全可以不用解出a，而是將以上兩個步驟簡化為z=vzx,...........(7)(l'x)|vzx;<:'這樣，將所有已知參數(shù)代入(7)，便可直接得出目標物體的高度。通過判斷此高度是否可信、是否在可接受的范圍內(nèi)來判斷目標物體是否為偽造區(qū)域。另外，我們給出另一種求解、、"及1的方法。在可以從圖像上提取出其所需要的幾何信息的情況下，可以替換上面的l、2、3步。其技術(shù)方案如下對于給定的圖像，找出與參考平面(本發(fā)明中指地面)平行且互相垂直的兩個方向的兩組平行線，每組有兩條平行線即可，每組平行線的交點即為該方向的消失點，兩個消失點的連線便是圖像的消失線,如圖6。圖7為總體流程圖。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例l1.求水平消失線^及Hp在圖像上找到兩組任意方向的平行線，分別求其交點，兩個交點的連線即為消失線1。，進而可得Hp。如圖8(b)，選取交叉路口網(wǎng)狀線中的兩組平行線，由于消失線位于較遠位置，未在圖中標出。2.求Ha在圖像上找到一個已知角與一個已知的線段長度比，可得到a-"平面上的兩個圓，求其交點，即可解得H八。如圖8(c)，右邊線(交叉路口網(wǎng)狀線的兩條直角邊)標出的是一個90。的角，左邊線(下水道鐵蓋的兩條邊)標出的是一個長度比，下水道鐵蓋的長寬比約為8:5。3.計算互相垂直的兩個消失點"、Vy通過公式H-H^H^求得H，H的前兩列分別為所要求的、、"。4.計算/、(o,進而計算Vz11根據(jù)(五)中的第4步可求得/及(D,再由公式L-O)L解得V,。5.標出參考物體與目標物體的端點如圖8(d)，左邊垂直線標出的為參考物體，其高度為230cm，右邊垂直線標出的為目標物體，頭部端點用"o"標出，腳部端點用"口"標出。6.計算目標物體的高度并判斷是否為偽造區(qū)域如圖8(d)，計算所得的目標物體(人)的高度為216.8cm。通常情況下，一個普通人的身高是不會有這么大的，由此，我們判定這個目標物體是偽造的。實施例2:1.求兩個互相垂直的消失點"、Vy及消失線loo從圖像上找到兩組互相垂直的平行線，其中一組平行線的交點為、，另一組的交點為"，兩個交點的連線為L。如圖9(b)，選取建筑物北洋大學堂頂部的四條邊為兩組平行線，最上方的水平線是求得的消失線。2.計算/、co，進而計算Vz根據(jù)(五)中的第4步可求得/及(0，再由公式L-(DV,解得V,。3.標出參考物體與目標物體的端點如圖9(c)，左邊的垂直線標出的為參考物體，其高度為340cm，右邊垂直線標出的為目標物體，頭部端點用"o"標出，腳部端點用"口"標出。4.計算目標物體的高度并判斷是否為偽造區(qū)域如闔9(c)，計算所得的目標物體(人)的高度為211.6cm，與一個普通人的身髙相差很大。所以，我們判定這個目標物體是偽造的。參考文獻1WeiZhang,XiaochunCao,ZhiyongFeng,JiawanZhangandPingWang,"基于雙^f見A/f可的圖片偽造檢觀討支術(shù)DetectingPhotographicCompositesUsingTwo-viewGeometricalConstraints,"IEEEInternationalConferenceonMultimediaandExpo,2009.2WeiZhang,XiaochunCao,JiawanZhang,JiguiZhuandPingWang，"用影子檢測相片合成的技術(shù)DetectingPhotographicCompositesUsingShadows,"IEEEInternationalConferenceonMultimediaandExpo,2009.3/.Fridrich,D.Soukal，andJ.Lukas,"數(shù)字圖像的復制移動偽造檢測技術(shù)Detectionofcopy-moveforgeryindigitalimages,"ProceedingsofDigitalForensicResearchWorkshop,2003.4M.K.JohnsonandH.Farid,"檢測相片中的人物合成技術(shù)Detectingphotographiccompositesofpeople,"Proc.IWDW，2007.5M.K.JohnsonandH.Farid，"單;f見圖的平面矯正測量MetricMeasurementsonaPlanefromaSingleImage,"TechnicalReport,TR2006-579.6A.Criminisi,I.ReidandA.Zisserman,"單i見圖效'J量SingleViewMetrology",Proceedingsofthe7thInternationalConferenceonComputerVision,KerkyrajGreece，1999權(quán)利要求1.一種基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，包括下列步驟(1)對于給定的圖像，找出水平消失線l∞和互相垂直的兩個消失點vx、vy；(2)計算攝像機焦距f<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>f</mi><mo>=</mo><msqrt><mo>-</mo><msub><mi>v</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>v</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>v</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>v</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>v</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>v</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>v</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>v</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub><mo>-</mo><msup><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup></msqrt></mrow>]]></math></maths>式中，vx、vy用齊次坐標表示，且坐標第三維為1，(u0，y0)是相機主點在圖像上的坐標；(3)根據(jù)公式id="icf0002"file="A2009100705960002C2.tif"wi="60"he="18"top="78"left="53"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>求得ω；(4)根據(jù)公式l∞＝ωvz求得vz；(5)在圖像上分別手動標出參考物體和目標物體的兩個端點，x、x分別對應(yīng)目標物體的頭和腳，xr′、xr分別對應(yīng)參考物體的頭和腳；(6)根據(jù)id="icf0003"file="A2009100705960002C3.tif"wi="69"he="15"top="125"left="44"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>求得目標物體的高度，式中，l∞是l∞的單位向量；(7)通過判斷此高度是否可信、是否在可接受的范圍內(nèi)來判斷目標物體是否為偽造區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，其特征在于，步驟1中，以地面做參考平面，在圖像上選取與參考平面平行且互相垂直的兩個方向的兩組平行線，每組平行線的交點即為該方向的消失點，兩個消失點的連線便是所述的圖像的消失線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，其特征在于，其中的步驟1包括a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條、00.水平消失線1。-[A/2/3]，設(shè)Hj^010b.由參考平面上的兩個不同方向的已知角得到兩個圓，求解兩圓的交點("，/)，得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>c.求解H-H^H;1，H的前兩列分別為所要求的兩個消失點、、"。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，其特征在于，其中的步驟1包括a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條水平消失線<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>設(shè)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>b.由參考平面上的兩個線段長度比得到兩個圓，求解兩個圓的交點(",/)，得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>c.求解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>的前兩列分別為所要求的兩個消失點v^v。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，其特征在于，其中的步驟l包括a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>b.由參考平面上的兩組未知的相等角得到兩個圓，求解兩個圓的交點(a,")，得到丄—三0'水平消失線<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>設(shè)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>c.求解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>的前兩列分別為所要求的兩個消失點、、v。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，其特征在于，其中的步驟1包括a.從圖像上找出與參考平面平行的兩組平行線，計算每組平行線的交點，得到一條<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>b.在一個已知角、一個長度比、一對未知相等角三個約束中任意選取兩個組合在水平消失線L-[/,/2/3]，設(shè)Hp--起，得到兩個圓，求解兩個圓的交點(a,々)，得到Ha<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>c.求解H-H^H;1H的前兩列分別為所要求的兩個消失點v,、。全文摘要本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)，涉及一種基于單視圖測量的圖片偽造檢測方法，包括下列步驟對于給定的圖像，找出水平消失線l_∞和互相垂直的兩個消失點v_x、v_y；在圖像上分別手動標出參考物體和目標物體的兩個端點；求取目標物體的高度；通過判斷此高度是否可信、是否在可接受的范圍內(nèi)來判斷目標物體是否為偽造區(qū)域。本發(fā)明能夠利用較少的幾何信息實現(xiàn)數(shù)字媒體(數(shù)字圖像或視頻)真實性驗證。文檔編號G06T7/00GK101661619SQ20091007059公開日2010年3月3日申請日期2009年9月25日優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日發(fā)明者孫美君,操曉春,朱淑義,琳武申請人:天津大學