專利名稱：數(shù)字圖像縮放因子的盲檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用信號處理和計算機(jī)技術(shù)對數(shù)字圖像縮放因子進(jìn)行盲檢測的方法。本 發(fā)明適用于圖像處理和數(shù)字媒體內(nèi)容安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
圖像縮放是數(shù)字圖像處理最基本的操作之一。隨著圖像處理軟件的日益普及且操作日漸 簡單，對圖像惡意篡改(特別是精心炮制的合成圖像)的檢測變得越來越困難，而在圖像的 合成篡改過程中通常伴隨圖像的縮放操作。圖像縮放因子的檢測是圖像防偽認(rèn)證中的重要手 段之一。
圖像縮放就是源圖像到目標(biāo)圖像的空間變換，在大多數(shù)應(yīng)用中，要求保持圖像中曲線型 特征的連續(xù)性和各物體的連通性， 一個約束較少的空間變換算法很可能會弄斷直線和打碎圖 像，從而使圖像內(nèi)容"支離破碎"。圖像的幾何運算可采用如下兩種方法
把幾何運算想象成將輸入圖像的像素(指像素的灰度值或者顏色值，以下同) 一個一個 地轉(zhuǎn)移到輸出圖像中，如果一個輸入像素被映射到四個輸出像素之間的位置，則其值就按插
值算法在四個輸出像素之間進(jìn)行分配。我們稱之為像素移交(Pixel Carry-over)或稱為前向 映射(如圖l)。
另一個方法是將輸出像素一次一個地映射回輸入圖像中，如果一個輸出像素被映射到四 個輸入像素之間則其值就按插值算法確定。此方法稱之為像素填充(Pixel Filling)或者向后 映射或者逆向映射(如圖2)。
由于許多輸入像素可能映射到輸出圖像的邊界之外，故前向映射算法有些浪費，并且每 個輸出像素的值可能要由許多輸入像素的值來決定，因而要涉及多次計算。而向后映射算法 是逐像素、逐行地生成輸出圖像，每個像素的值由四個像素參與的插值所唯一確定。當(dāng)然， 輸入圖像必須允許按空間變換所定義的方式隨機(jī)訪問，因而可能有些復(fù)雜，雖然如此，該方 法對一般的應(yīng)用更為切實可行。
輸出像素通常被映射到輸入圖像中的非整數(shù)位置，即位于四個輸入像素之間。因此，為 了決定與該位置相對應(yīng)的像素值，必須進(jìn)行插值運算。常用的圖像插值方法包括最近鄰插值、 雙線性插值、雙三次插值以及B樣條插值等。
檢測圖像縮放因子的現(xiàn)有的方法主要有以下幾種
1.基于EM (Expectation Maximization)算法的重釆樣檢測，通過判斷EM算法輸出的 概率圖的傅里葉頻譜圖中規(guī)律性的亮點，可檢測較大倍率的圖像放大因子。
32. 不同相機(jī)使用的色彩濾鏡矩陣CFA(Color Filter Array)和相應(yīng)的插值算法不同，據(jù) 此可檢測非壓縮的高質(zhì)量圖像插值因子。
3. 利用SVM (Support Vector Machines)并結(jié)合重采樣和CFA插值檢測可有效地檢測高 質(zhì)量非壓縮圖像的縮放倍數(shù)。
4. 在JPEG壓縮之前采用線性插值和立方插值放大的檢測方法；在此基礎(chǔ)上利用Radon 變換的旋轉(zhuǎn)、縮放、平移不變性可有效檢測感興趣區(qū)域(ROI， Region of Interest)的較大 倍率縮放因子。
各種方法所針對的應(yīng)用背景和前提條件不盡相同，可參閱如下文獻(xiàn) [l]Kenneth R. Castleman,朱志剛，林學(xué)阇等譯.數(shù)字圖像處理[M].電子工業(yè)出版社.北 京.2002.A. C. Popescu, and H. Farid. Exposing Digital Forgeries by Detecting Traces of Re-sampling [J]. 7]rs/ sa"/o/ 51 5Yg朋7 Z!roces57'恥 53(2): 758—767， Feb.
2005.A. C. Popescu and H. Farid. Exposing Forgeries in Color Filter Array Interpolated Images [J]. /艦尸2-。ce肌'啦53(10): 3948-3959, Oct. 2005.S. Bayram, H. T. Senear, and N. Memon. Improvements on Source Camera-model Identification Based on CFA Interpolation [C]. 尸rac. of t/ e/人9 i""t義 6b"/ere/7ce Z^/te7 Fore"sics， Orlando, FL, Jan. 2006.A. C. Gallagher. Detection of Linear and Cubic Interpolation in jpeg compressed images [C]. Zfi5^ Co;z jO〃ter 5bciet/".尸J"oceeo^'/ 《s of Z"力e 7力e 2/ t/Ca/ at/ia/7 6b/ /kre/7ce 朋C卿i/tar朋t/歸"K/57.o" (tW粉，pp. 65_72， Washington, DC, USA, 2005.B. Mahdian and S. Saic. On Periodic Properties of Interpolation and Their Application to Image Authentication [J]. r/u'_rc/ /"/br鵬"'。"分順057'鵬 。" 7"/ /"onH3ticw Js^i/ra"ce a刀t/ iS"ecurj'^7. pp. 439-446, Aug. 2007.J. BuzziandF. Guichard. Automatic Detection of Digital Zooms [C]. 7fte尸r。ceeW/^ of t力e加似i/7ter"af/o朋7 6b"/ere/7ce o" i"鵬ge尸rocessj'吸(7Ci"(5似人 Singapore, Oct. 2004.
上述各種方法在實施時，有的需要縮放前的原始圖像，而不能實現(xiàn)盲檢測，缺乏實用價 值；有的僅能檢測非壓縮的高質(zhì)量圖像，而目前由數(shù)字照相機(jī)拍攝或掃描產(chǎn)生的數(shù)字圖像絕 大部分以JPEG壓縮方式存儲；有的則僅能檢測較大的縮放倍率，而在進(jìn)行圖像拼接或局部拷貝時為了不產(chǎn)生明顯的篡改痕跡，縮放倍率通常不會很大。這些方法還存在計算復(fù)雜、精度
不高的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字圖像縮放因子的盲檢測方法。檢測時不需要縮放前的原 始圖像即可實現(xiàn)盲檢測；基本不受圖像JPEG壓縮存儲質(zhì)量因子的影響；可適用于常用圖像插 值方法，包括最近鄰插值、雙線性插值、雙三次插值、B樣條插值等；算法復(fù)雜度低，檢測
精度高，特別是對于小倍率的放大可精確到o.oi倍。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種數(shù)字圖像縮放因子的盲檢測方法，考 慮經(jīng)縮放的灰度圖像，如果是彩色圖像則通過YCbCr空間變換后取其亮度分量，對采用不同 的常用插值方法，包括最近鄰插值、雙線性插值、雙三次插值、B樣條插值等常用插值方法， 首先對待檢測圖像進(jìn)行拉普拉斯濾波，對濾波結(jié)果逐行逐列處理如下在末尾補(bǔ)零得到長度 為Ai的向量V， Afi為2的整數(shù)冪；求V的離散傅立葉變換，取幅度譜SHDFT(V)I;搜索S， 若^U)為其鄰域[々-，]內(nèi)的最大值，則令峰值計數(shù)器戶(》=Z^a)+1。將A幻歸一化 得到頻率一峰值計數(shù)圖，通過檢測其中峰值所對應(yīng)的頻率，可確定圖像水平及垂直方向的縮 放因子。
上述方法的實現(xiàn)步驟如下-
a. 設(shè)待檢測圖像大小為i^/V。若為彩色圖像則將其轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr空間，取其中的亮度分 量7U _/}， ie[l，刺，A0。令^為大于等于A/的最小的2的整數(shù)冪值，令峰 值計數(shù)器尸")=0, k[l， A]，峰值鄰域^=5;
b. 對圖像進(jìn)行拉普拉斯濾波得到J)， "[l， #]， M;
c. 對ZU， J)分別逐行逐列處理如下為克服離散傅立葉變換的柵欄效應(yīng)，在每行每列 末尾插補(bǔ)零使其長度為W，得到向量V;然后求DFT,計算幅度譜SHDFT(V)I;搜索
S，若5"U)為其鄰域[A- ，"]內(nèi)的最大值，則將戶")加l;
d. 將尸u)歸一化得到頻率一峰值計數(shù)圖，對半查找局部峰值得到候選峰值及對應(yīng)頻率集
合{/^(/)，《(力};候選峰值的條件是其值與鄰域中值之比大于閨值T，可設(shè)定濾波窗
口寬度為7，閾值7為2;若集合為空則判定圖像沒有經(jīng)過水平或垂直縮放；
e. 上述檢測到的局部峰值可能有多個，根據(jù)在插值前是否經(jīng)歷JPEG壓縮以及插值后是 否JPEG壓縮存儲等不同情況，確定插值對應(yīng)的峰值頻率/I t，計算l/(l+/lnt)、
l/(l-/int)、 1//; 得到圖像水平或垂直縮放的插值因子。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明不需要縮放前的原始圖像即 可實現(xiàn)盲檢測；基本不受圖像JPEG壓縮存儲質(zhì)量因子的影響；可適用于常用圖像插值方法， 包括最近鄰插值、雙線性插值、雙三次插值、B樣條插值等；特別是對于小倍率的放大可精 確到0.01倍，實現(xiàn)簡單而精度很高的檢測。


圖1:前向映射示意圖
圖2:向后映射示意圖
圖3:本發(fā)明檢測框圖
圖4:本發(fā)明的 一個放大實施例圖像
圖5:放大實施例的拉普拉斯濾波圖像
圖6:放大實施例的頻率一峰值計數(shù)圖
圖7:本發(fā)明的一個JPEG壓縮實施例圖像
圖8:JPEG壓縮實施例的拉普拉斯濾波圖像
圖9:JPEG壓縮實施例的頻率一峰值計數(shù)圖
具體實施方法本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下本實施例給出一種數(shù)字圖像縮放因子的盲 檢測方法。對采用不同的常用圖像插值方法，包括最近鄰插值、雙線性插值、雙三次插值、B
樣條插值等縮放后的灰度圖像(如果是彩色圖像則通過YCbCr空間變換取亮度分量)，首先進(jìn) 行拉普拉斯濾波。對濾波結(jié)果逐行(列)處理如下在末尾補(bǔ)零得到向量V，其長度為2的 整數(shù)冪值。求V的離散傅立葉變換，計算幅度譜S=|DFT(V) I ，搜索S，若SU)為其鄰域U-， "]內(nèi)的最大值，則令峰值計數(shù)器尸(幻=尸(A)+1。將尸(A)歸一化得到頻率一峰值計數(shù)圖。 通過檢測其中峰值所對應(yīng)的頻率，可確定圖像水平(垂直)方向的縮放因子。 上述方法如圖3所示，具體操作步驟如下
a.設(shè)待檢測的灰度圖像如圖4所示，大小為922x922。若為彩色圖像則按公式(l)將其轉(zhuǎn) 換到Y(jié)CbCr空間，取其中的亮度分量Y。令A(yù)i為大于或等于922的最小的2的整數(shù)冪 值，即1024， AS可按公式(2)計算。令峰值計數(shù)器P(AhO， 1024]，峰值鄰域
<formula>formula see original document page 6</formula>W =;2「iog2(w)l
(2)
b.對圖像進(jìn)行拉普拉斯濾波得到Z(力
其中拉普拉斯算子掩模為-、1 0_ w= 1 —4 1 01 0
J)， j'e[l， 922]，如圖5所示c
(3)
c. 對ZG'， j)逐行(列)處理如下為克服離散傅立葉變換的柵欄效應(yīng)，在每行(列) 末尾插補(bǔ)零使其長度為1024，從而得到向量V;然后求DFT，計算幅度譜S叫DFT(V)I;
搜索s，若sa)為其鄰域u- , ]內(nèi)的最大值，則令尸(A)—尸(A)+1。
d. 將尸(》歸一化得到頻率一峰值計數(shù)圖如圖6所示。因為對稱僅畫出左半部分(下同)， 查找左半部的局部峰值，得到候選峰值及對應(yīng)頻率集合U^力，《(力}。候選峰值的 條件是其值與鄰域中值之比大于閾值/;可設(shè)定濾波窗口寬度為7，閾值T為2。若集 合為空則判定圖像沒有經(jīng)過水平(垂直)縮放；否則取其中最大峰值對應(yīng)的頻率 ZL產(chǎn)O. 066 (圖6中用三角形標(biāo)注)，由下列公式(4)得到圖像的水平(垂直)縮放因子 為1.07，與實際設(shè)定值1.07—致。
1
及=
1
1-人t 1
0.5<Z<1 1<ZS2 Z>2
(4)
、Art
式中z為縮放因子。
e.若待檢測圖像為JPEG格式或曾經(jīng)JPEG壓縮，如圖7所示，其對應(yīng)的濾波圖像和頻率 一峰值計數(shù)圖分別如圖8和圖9所示。在頻率一幅度譜圖中，査找局部峰值得到候選 峰值及對應(yīng)頻率集合Kl75, 0.126), (189， 0.231)， (199， 0.251)， (149， 0.376)}。 對于JPEG壓縮圖像，應(yīng)剔除集合中頻率為1/8 ± 0.01、 2/8 ±0.01、 3/8 ± 0. 01 (圖 9中用x號標(biāo)注)的元素后，若集合為空則判定圖像沒有經(jīng)過水平(垂直)縮放；否則 取其中最大峰值對應(yīng)的頻率&t=0. 23 (圖9中用三角形標(biāo)注)，按公式4計算得到圖 像的水平縮放因子為1. 30，與實際設(shè)定值1. 30 —致。
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)字圖像縮放因子的盲檢測方法，其特征在于對采用不同的常用圖像插值方法，包括最近臨插值、雙線性插值、雙三次插值以及B樣條插值等縮放后的灰度圖像，如果是彩色圖像則通過YCbCr空間變換后取亮度分量，首先進(jìn)行拉普拉斯濾波，對濾波結(jié)果分別逐行逐列處理如下在末尾補(bǔ)零使其長度為2的整數(shù)冪值從而得到向量V，對V做離散傅立葉變換，計算幅度譜S＝|DFT(V)|，搜索S，若S(k)為其鄰域[k-Δ，k+Δ]內(nèi)的最大值，則令峰值計數(shù)器P(k)＝P(k)+1，將P(k)歸一化做出頻率—峰值計數(shù)圖，通過檢測其中峰值所對應(yīng)的頻率，可確定圖像水平及垂直方向的縮放因子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像縮放因子的盲檢測方法，其特征在于檢測步驟如下-a. 設(shè)待檢測的圖像大小為Mx7V。若為彩色圖像則將其轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr空間，取其中的亮 度分量Hi力，ie[l,M]， _/e[l,A/]。令M)為大于等于W的最小的2的整數(shù)冪值，令峰 值計數(shù)器尸的=0， k[l,iVo]，峰值鄰域厶=5;b. 對圖像進(jìn)行拉普拉斯濾波得到Z(zV)， k[l，M]， /e[l,iV];c. 對丄OV)分別逐行逐列處理如下為克服離散傅立葉變換的柵欄效應(yīng)，在每行每列末尾 插補(bǔ)零使其長度為W，從而得到向量r;然后作離散傅立葉變換，計算幅度譜 糾DFT(PO卜搜索S，若S(A:)為其鄰域[^A，A+A]內(nèi)的最大值，則令作戶&)=;d. 將P(Q歸一化做出頻率一峰值計數(shù)圖，對半査找局部峰值得到候選峰值及對應(yīng)頻率集 合{^(0,/乂0};候選峰值的條件是其值與其鄰域中值濾波的均值之比大于閾值T，可 設(shè)定濾波窗口寬度為7，閾值T為2;若集合為空則判定圖像沒有經(jīng)過水平或垂直縮 放；e. 上述檢測到的局部峰值可能有多個，根據(jù)在插值前是否經(jīng)歷JPEG壓縮以及插值后是 否JPEG壓縮存儲等不同情況，確定插值對應(yīng)的峰值頻率力 ,，計算1/(1+/ ,)、 1/(1-力 ,)、 1/,",得到圖像水平或垂直縮放的插值因子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字圖像縮放因子的盲檢測方法。本方法對采用不同的常用圖像插值方法，包括最近臨插值、雙線性插值、雙三次插值以及B樣條插值等縮放后的灰度圖像，如果是彩色圖像則通過YCbCr空間變換后取亮度分量，首先進(jìn)行拉普拉斯濾波，對濾波結(jié)果分別逐行逐列處理如下在末尾補(bǔ)零使其長度為2的整數(shù)冪值從而得到向量V，對V做離散傅立葉變換，計算幅度譜S＝|DFT(V)|，搜索S，若S(k)為其鄰域[k-Δ，k+Δ]內(nèi)的最大值，則令峰值計數(shù)器P(k)＝P(k)+1。將P(k)歸一化做出頻率—峰值計數(shù)圖，通過檢測其中峰值所對應(yīng)的頻率，可確定圖像水平及垂直方向的縮放因子。本發(fā)明實施時不需要縮放前的原始圖像可實現(xiàn)盲檢測；基本不受圖像JPEG壓縮存儲質(zhì)量因子的影響；可適用于常用的圖像插值方法，包括最近臨插值、雙線性插值、雙三次插值以及B樣條插值等；特別是對于小倍率的放大，更可精確到0.01倍。本發(fā)明適用于圖像處理和信息安全領(lǐng)域。
文檔編號G06T3/40GK101477678SQ20081020398
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者唐振軍, 張新鵬, 王朔中, 魏為民 申請人:上海大學(xué)