数字图像中值滤波操作的取证检测

三、数字图像取证方法
本文主要探讨数字图像中值滤波操作的取证检测，从理论上分析了中 值滤波所引起的图像一阶微分域统计特性异常，基于此提出了一种快速有 效的中值滤波操作检测算法。
四、数字图像中值滤波操作的取证检测
（一）问题描述及分析
在数字图像中值滤波取证方面，拟解决的问题是判断给定图像是 否经历过中值滤波操作。在此，主要考虑经典的中值排序滤波算子， 即取窗口内排位在中间的元素值为输出值。
一、研究背景及意义
数字图像的广泛应用促进了数字图像编辑工具的开发与应用普及， 如Adobe Photoshop、ACDSee、CorelDRAW 和Windows操作系统自带的 画板(Paint)等。利用这些编辑工具，越来越多的用户开始对数字照片图 像进行自由随意的修改，以达到润饰照片和增强视觉效果的目的。然而， 这也使得对图像数据形式及内容的改动变得更加容易，给一些带有非法 目的的恶意用户以可乘之机，在未经授权的情形下对图像数据与内容进 行非法操作，如违规编辑、合成虚假图像等，从而造成虚假图像在人们 的社会生活中泛滥成灾。
中值滤波是一种次序统计滤波器，相关参数是窗口大小。通过频 率特性分析可以发现，中值滤波是一种低通滤波器，定性的分析可以 得出结果：当频率w 2 / n时，中值滤波与均值滤波频率响应是相似的， 其中n表示中值滤波窗口长度。故从频域分析的角度较难检测中值滤 波操作。
然而，依据中值计算的本质，通过观察相邻像素滤波前后的相关 性发现，经过中值滤波后自然图像非平滑区域的一阶微分统计特性出 现异常，由此可设计相应的中值滤波取证算法。
数字图像中值滤波操作的取证检测
提纲
一、研究背景及意义 二、数字图像操作分类 三、数字图像取证方法分类 四、数字图像中值滤波操作的取证检测
参考文献
[1] Cao G, Zhao Y, Ni R, et al. Forensic detection of median filtering in digital images[C]// Multimedia and Expo (ICME), 2010 IEEE International Conference on. IEEE, 2010:89-94. [2] 曹刚. 数字图像操作取证技术研究[D]. 北京交通大学, 2013.
四、数字图像中值滤波操作的取证检测
（二）、中值滤波取证
基本目标：设计一种取证算法，对给定一幅自然照片图像，鉴 别其是否经历过中值滤波操作。
关键问题：如何构造并提取有效的特征测度，利用合适的模式 分类方法区分经历中值滤波操作前后的数字图像，同时能区分中值 滤波操作与其பைடு நூலகம்各种图像处理操作。
四、数字图像中值滤波操作的取证检测
1、统计特性分析 为分析中值滤波前后信号统计特性的变化，首先需要对中值滤波操作进 行公式化描述。中值滤波器的输出依赖于局部邻域内数字元素的排序，中 值滤波即取排位在最中间的一个元素(或两个元素的均值)作为输出。为简化 分析，将以一维数字序列为滤波对象，可将其理解成一幅数字图像中的某 一行或列像素值。图1所示为中值滤波过程中相邻输出元素的计算示意图。
（2）
其中，median{}表示计算所指定数值集合的中值；y(n),n 0,1,2,...,N,
为滤波后的数字序列；滤波器的窗口宽度为（2r+1）。相应地易
得
y(n 1) median {x(i)}
（3）
{i[ nr 1,n r 1]}
三、数字图像取证方法
目前的数字图像认证方法包括主动图像认证方法和被动图像 认证方法。
主动图像认证一般应用数字签名或脆弱水印方法来验证图像 内容的原始性和真实性，能够标记出篡改的位置。
被动图像认证，即数字图像取证，是指在不依赖任何预签名 或预嵌入信息的前提下，对图像数据的原始性、真实性及来源进 行鉴别。数字图像取证的基本原理是利用原始图像数据自身画有 特征所具有的一致性和独特性，作为自身的“固有指纹”，任何 篡改操作都会在一定程度上破坏它们的完整性，且操作自身会遗 留下新的指纹性痕迹；每幅图像均携有其摄取设备所独有的成像 通道信息，具有一定的可区分性，由此可实现对图像获取设备， 即图像源，的盲鉴别。
图1 原始信号x(n) 经历中值滤波后变为y(n)
四、数字图像中值滤波操作的取证检测
假设原始数字序列为
x(n),n 1,2,...,N
（1）
考虑常用的8比特灰度级深度的数字图像，故假定x(n)[0,255] 。经
过传统的中值滤波处理后变为
y(n) median {x(i)} {i[nr,nr ]}
美国新闻记者在报道2003年伊拉克战争时伪造的新闻照片图像，事发后当事记者被报社开除。
二、数字图像操作分类
依据用户的行动意图，数字图像操作可分为恶意操作和非恶意操作。 诸如拼接、合成和复制粘贴等内容改变型操作会调整图像的内容结构及 语义表达，通常被视为恶意操作；诸如滤波、对比度调节和重釆样等内 容保持型操作仅影响图像的视觉质量而未改变图像语义，通常被视为非 恶意操作。常用的数字图像操作方法有: 1)拼接。 2)滤波。滤波是一种广泛使用的数字图像处理方式，主要包括低通滤波、 锐化滤波和中值滤波等三种常见的滤波算子。其中，中值滤波是一种次 序统计滤波，以邻域内系列元素的中间值作为其滤波单元的输出。中值 滤波的特性是在平滑图像的同时能较好地保持边缘，其独特的应用是去 椒盐噪声。 3)对比度增强。 4)重采样。 5)压缩编码。
数字图像操作取证技术正是在这样的背景下提出，旨在通过被动的 盲分析手段来认证图像数据的原始性和真实性、鉴别和分析图像所经历 的操作处理及估计图像的操作历史。该技术的特点是仅以图像数据本身 为分析对象，不需对图像进行额外的预处理，可用于认证当前已广泛流 通的网络数字图像。
一、研究背景及意义
在2004年美国总统竞选活动中，一张记录民主党候选人约翰·克里跟女明星简·方达在反越战 集会上同台出现的图像在网络上广泛流传，引发的政治联想不言而喻；虽然此照片后来被证 实是由两张不同出处的原始照片拼接而成，但当时对候选人的政治命运已产生重大影响。