基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法，首先通过自适应阈值选择算法进行SURF特征点提取，同时使用一种分布处理算法使得图像特征点能够均匀分布；其次，利用BRISK方法提取所有特征点的二进制特征描述符；然后，使用可辨别嵌入的随机蕨算法来进行快速特征匹配；最后，通过RANSAC算法来消除错误匹配对，并进一步利用快速NNPROD算法和形态学方法对匹配区域进行标记。实验结果表明，本发明专利技术的方法不仅能有效提高平滑篡改区域的检测性能，而且对诸如JPEG压缩、旋转、缩放等后处理操作均具有不变性，且具有较高的检测精度和较低的时间复杂度。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法
本专利技术涉及基于特征点的图像篡改检测方法，特别涉及一种基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法，属于数字图像认证

技术介绍
当今社会，数字图像在人们的生活和工作中得到了广泛应用。然而，随着计算机图像媒体技术的快速发展，数字图像的篡改也变得愈加容易实现。如果篡改的数字图像被运用到法庭、新闻报道以及科学论文上，会对社会制度的安稳性产生极大的威胁。因此，越来越多的研究人员开始关注数字图像篡改问题并提出各种解决方法，现有的篡改检测技术主要分为主动检测和被动检测。数字签名和数字水印等主动检测方法都要依赖于图像的先验信息，然而，在许多情况下，图像的先验信息是不可知的。相应地，被动检测方法因其特有的适用性已成为一个热门的研究课题。复制移动篡改检测是一种常用的被动检测方法。在这种方法中，通常将图像的一部分内容进行复制，然后再将其粘贴到同一图像的另外一部分。复制移动篡改的主要目的是通过复制某些区域来覆盖特定的对象，或者是过分强调某些对象。为了使这种篡改不留下任何肉眼可视的线索，篡改者通常会将要复制的部分进行一系列诸如压缩、噪声、缩放等处理。图像处理软件的快速增长产生了大量没有明显痕迹的复制移动篡改图像，使得复制移动篡改检测成为目前最重要、最热门的数字图像认证技术。近年来，人们提出了许多被动的篡改检测方法，大致可分为基于块和基于特征点两大类。基于块的方法首先对待检测图像进行重叠分块，然后每个分块通过使用诸如离散余弦变换、离散小波变换、奇异值分解等变换方法来增强鲁棒性。然而，这类检测方法存在特征描述符识别能力低、计算时间复杂度高等缺点。作为块方法的改进，基于特征点的方法有效解决了上述问题，特别是在纹理区域，基于特征点方法的检测性能卓越。此外，由于特征点的数量仅仅代表了图像所有像素中相对较小的一部分集合，因此时间复杂度相对较低。然而，当篡改涉及到平滑的区域时，基于特征点方法的检测性能不够准确。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有复制粘贴篡改检测技术所存在的上述技术问题，提供一种基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法。本专利技术的技术解决方案是：一种基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法，其特征在于按照下面步骤进行：约定：I指待检测的图像；指经自适应阈值选择得到的SURF特征点；指图像块中控制最小数量特征点的阈值；指经均匀分布算法处理后的特征点；指特征点横坐标；指特征点纵坐标；指均匀分布的特征点的数量；指用于存放所有BRISK特征信息的矩阵；表示第个数据点的第个特征；指二元决策的个数；指蕨的个箱子中的一个；为类；指图像I实时子区间的灰度值；是目标模板的灰度值；a.初始设置获取待检测图像I，并设置，表示循环次数；b.自适应阈值特征点检测b.1对图像I进行不重叠分块，划分为大小为图像块；b.2采用阈值大小为的SURF检测器提取特征点；b.3定义表示每个图像子块的特征点数目，是图像I中检测到的特征点数目，计算标准特征点数目：；b.4设置一个均匀性阈值为0.5，计算特征点均匀性测量KUM的值Φ：；b.5如果或，则输出矩阵，否则，重复b.2~b.5；c.分布均匀特征点获取c.1选取一个子图像块，将属于的特征点保存在一个临时矩阵中；c.2如果特征点数目，则消除中最弱的特征点，并将中剩余的特征点插入到输出矩阵中；c.3如果所有的子图像块都被测试，则输出矩阵，,得到均匀分布的特征点，否则返回步骤c.1，选择下一个子图像块；d.BRISK特征提取对所有的特征点进行BRISK特征描述符的提取，每一个特征点经计算可以得到64位的二进制描述符来表示其特征；e.可辨别嵌入随机蕨快速匹配e.1输入特征矩阵，在维的特征空间生成训练数据矩阵；e.2的第个蕨可使用随机选择特征集合，通过选择大小为的特征使其减少为一个蕨特定的矩阵；；e.3设定二进制分配向量作为一个线性组合，是的映射矩阵，是一个偏移向量；e.4映射矩阵通过使用和典型相关分析（CCA）中提供的标签矩阵定义一个新的嵌入空间，分配每个训练样本一个二进制箱子；e.5测试过程选取相同大小的特征，应用训练所得映射将样本分配到二进制箱子，以半朴素贝叶斯方式组合获得所有基分类器的概率；e.6重复e.2~e.5，得到由映射矩阵以及偏移向量定义的一组随机蕨，每一个对应的类，经随机蕨分类可以得到个概率，选择值第二大类作为其匹配结果；f.后处理f.1利用RANSAC方法来消除错误匹配，得到RANSAC仿射变换图像；f.2使用快速NNPROD算法和形态学方法对匹配区域进行标记，快速NNPROD匹配算法的互相关运算公式如下：；其中，邻域窗口尺寸为。本专利技术首先通过自适应阈值选择算法进行SURF特征点提取，同时使用一种分布处理算法使得图像特征点能够均匀分布；其次，利用BRISK方法提取所有特征点的二进制特征描述符；然后，使用可辨别嵌入的随机蕨算法来进行快速特征匹配；最后，通过RANSAC算法来消除错误匹配对，并进一步利用快速NNPROD算法和形态学方法对匹配区域进行标记。实验结果表明，本专利技术的方法不仅能有效提高平滑篡改区域的检测性能，而且对诸如JPEG压缩、旋转、缩放等后处理操作均具有不变性，且具有较高的检测精度和较低的时间复杂度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：第一，从基于特征点的篡改检测方法的局限作为出发点，提出了自适应的阈值选择策略进行SURF特征点的提取，保证了提取的特征点分布良好，并进一步通过一种分布处理方法实现了特征点的均匀分布；第二，利用BRISK算法生成了特征点的二进制64位特征描述符，其特征具有快速、辨识度高等优势；第三，采用了可辨别嵌入的随机蕨算法，成功将分类问题转化为匹配问题，使本篡改检测方法更加高效可行；第四，提出了一种优化了的快速NNPROD算法，与传统的NNPROD算法相比，其定位篡改区域的时间缩短为原来的。附图说明图1为本专利技术实施例篡改区域标记图。图2为本专利技术实施例具体实施步骤中间结果图。图3为本专利技术实施例FUA库的部分篡改检测结果图。图4为本专利技术实施例GRIP库的部分篡改检测结果图。图5为本专利技术实施例Ard库的部分篡改检测结果图。图6为本专利技术实施例与对比文献方法在FUA库的检测精度对比分析图。图7为本专利技术实施例与对比文献方法在GRIP库的检测精度对比分析图。图8为本专利技术实施例的流程图。具体实施方式本专利技术的方法如图8所示共包括五个阶段：自适应阈值特征点检测、分布均匀特征点获取、BRISK特征提取、可辨别嵌入随机蕨快速匹配和后处理。约定：I指待检测的图像；指经自适应阈值选择得到的SURF特征点；指图像块中控制最小数量特征点的阈值；指经均匀分布算法处理后的特征点；指特征点横坐标；指特征点纵坐标；指均匀分布的特征点的数量；指用于存放所有BRISK特征信息的矩阵；表示第个数据点的第个特征；指二元决策的个数；指蕨的个箱子中的一个；为类；指图像I实时子区间的灰度值；是目标模板的灰度值；a.初始设置获取待检测图像I，并设置，表示循环次数；b.自适应阈值特征点检测b.1对图像I进行不重叠分块，划分为大小为图像块；b.2采用阈值大小为的SURF检测器提取特征点；b.3定义表示每个图像子块的特征点数目，是图像I中检测到的特征点数目，计算标准特征点数目：；b.4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法，其特征在于按照如下步骤进行：约定：I指待检测的图像；

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应特征点的数字图像篡改检测方法，其特征在于按照如下步骤进行：约定：I指待检测的图像；指经自适应阈值选择得到的SURF特征点；指图像块中控制最小数量特征点的阈值；指经均匀分布算法处理后的特征点；指特征点横坐标；指特征点纵坐标；指均匀分布的特征点的数量；指用于存放所有BRISK特征信息的矩阵；表示第个数据点的第个特征；指二元决策的个数；指蕨的个箱子中的一个；为类；指图像I实时子区间的灰度值；是目标模板的灰度值；初始设置获取待检测图像I，并设置，表示循环次数；b.自适应阈值特征点检测b.1对图像I进行不重叠分块，划分为大小为图像块；b.2采用阈值大小为的SURF检测器提取特征点；b.3定义表示每个图像子块的特征点数目，是图像I中检测到的特征点数目，计算标准特征点数目：；b.4设置一个均匀性阈值为0.5，计算特征点均匀性测量KUM的值Φ：；b.5如果或，则输出矩阵，否则，重复b.2~b.5；c.分布均匀特征点获取c.1选取一个子图像块，将属于的特征点保存在一个临时矩阵中；c.2如果特征点数目，则消除中最弱的特征点，并将中剩余的特征点插入到输出矩阵中；c.3如果所有的子图像块都被测试，则输出矩阵，,得到均...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛盼盼，牛影，杨红颖，王向阳，
申请(专利权)人：辽宁师范大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21