边缘与区域不一致性引导下的图像拼接篡改检测网络

目的 针对已有图像拼接篡改检测方法中存在的真伪判断分类精度不高、拼接篡改区域定位不准确问题，本文设计了一种篡改边缘两侧和篡改区域内外不一致性引导下的重点关注篡改区域与篡改边缘的图像拼接篡改检测卷积神经网络。方法 图像内容在篡改过程中，拼接物体的边缘都会留下篡改痕迹，这是图像拼接篡改检测的重要线索。因此，本文设计了一条篡改边缘提取分支，通过学习拼接物体边缘两侧的不一致性，重点提取拼接篡改区域的边缘轮廓。考虑到篡改边缘像素点过少会导致网络难以收敛，提出一个边缘加粗策略，形成一个边缘加粗的"甜甜圈"，使得篡改边缘提取结果更具完整性。在不同图像采集过程中，所用相机设备和光线条件等因素不同，导致每幅图像包含的信息也不尽相同。对此，设计了一条篡改区域定位分支，重点学习来自不同图像拼接区域与周围区域之间不一致性的差异化特征，并将注意力机制引入图像拼接篡改检测的篡改区域定位分支，进一步提高对拼接篡改区域的学习关注程度。面向真伪判断设计了一条图像是否经过拼接篡改的二分类网络分支，不但可以快速有效地给出输入图像是否为篡改图像的判断结果，而且可以与上述两条分支的输出结果一起提供给用户，由用户结合视觉语义信息进行综合判断。结果 本文算法与已有的4个代表性方法在4个专业数据集上进行算法实验和性能比较。在真伪判断分类的精确度方面，在Dresden、COCO（common objects in context）、RAISE（a raw images dataset for digital image forensics）和IFS-TC（information forensics and security technical committee）数据集上分别提高了8.3%、4.6%、1.0%和1.0%；在篡改区域定位的准确度方面，F1评分与重叠度IOU（intersection over union）指标较已有方法分别提升了9.4%和8.6%。结论 本文算法将真伪判别分类、篡改区域定位和篡改边缘提取融合在一起，互相促进，较大提升了各分支任务的性能表现，在图像拼接篡改检测方面取得了优于已有方法的效果，为数字图像取证技术领域的研究工作拓展了思路。     

提高图像篡改检测区域选取性能的FCR-CNN模型

图像篡改检测不同于目标检测,篡改检测更加关注篡改伪像这一目标而非图像内容本身,需要学习更加丰富的特征.为提高图像篡改检测区域选取性能,提出一种将特征金字塔网络(feature pyramid networks,FPN)模型与级联区域卷积神经网络(cascade region-convolutional neural n...     

边缘引导的双注意力图像拼接检测网络

目的 伪造图像给众多行业埋下了隐患,这会造成大量潜在的经济损失。方法 提出一种边缘引导的双注意力图像拼接检测网络(boundary-guided dual attention network,BDA-Net),该网络通过将空间通道依赖和边缘预测集成到网络提取的特征中来得到预测结果。首先,提出一种称为预测分支的编解码模型,该分支作为模型的主干网络,可以提取和融合不同分辨率的特征图。其次,为了捕捉不同维度的依赖关系并增强网络对感兴趣区域的关注能力,设计了一个沿多维度进行特征编码的坐标—空间注意力模块(coordinate-spatial attention module,CSAM)。最后,设计了一条边缘引导分支来捕获篡改区域和非篡改区域之间的微小边缘痕迹,以辅助预测分支进行更好的分割。结果 实验使用4个图像拼接数据集与多种方法进行比较,评价指标为F1值。在Columbia数据集中,与排名第1的模型相比,F1值仅相差1.6%。在NIST16 Splicing(National Institute of Standards and Technology 16 Splicing)数据集中,F1值与最好的模型略有差距。而在检测难度更高的CASIA2.0 Splicing(Chinese Academy of Sciences Institute of Automation Dataset 2.0 Splicing)和IMD2020(Image Manipulated Datasets 2020)数据集中,BDA-Net的F1值相比排名第2的模型分别提高了15.3%和11.9%。为了验证模型的鲁棒性,还对图像施加JPEG压缩、高斯模糊、锐化、高斯噪声和椒盐噪声攻击。实验结果表明,BDA-Net的鲁棒性明显优于其他模型。结论 本文方法充分利用深度学习模型的优点和图像拼接检测领域的专业知识,能有效提升模型性能。与现有的检测方法相比,具有更强的检测能力和更好的稳定性。     

面向图像修复取证的U型特征金字塔网络

图像修复是一种常见的图像篡改手段,而基于深度学习的图像修复方法能生成更复杂的结构乃至新的对象,使得图像修复取证工作更具有挑战性。因此,提出一种端到端的面向图像修复取证的U型特征金字塔网络（FPN）。首先,通过自上而下的VGG16模块进行多尺度特征提取,并利用自下而上的特征金字塔架构对融合后的特征图进行上采样,整体流程形成U型结构;然后,结合全局和局部注意力机制凸显修复痕迹;最后,使用融合损失函数以提高修复区域的预测率。实验结果表明,所提方法在多种深度修复数据集上的平均F1分数和IoU值分别为0.791 9和0.747 2,与现有的基于扩散的数字图像修复定位（LDI）、基于图像块的深度修复取证方法（Patch-CNN）和基于高通全卷积神经网络（HP-FCN）方法相比,所提方法具有更好的泛化能力,且对JPEG压缩也具有较强的鲁棒性。     

基于几何均值分解的图像区域复制篡改检测方法

针对现有大多数图像区域复制篡改检测算法提取图像块的特征向量维数较高的缺点,提出一种新的基于几何均值分解的检测算法.将可疑图像分成大小相等的可重叠的子块;并对每个图像块进行几何均值分解并用其表征该子块的特征,形成1维的特征向量;最后对所有的特征向量进行字典排序,并结合图像块的相等位移矢量的发生频率信息,检测并定位出篡改区域.实验结果表明,该算法不仅能够有效检测并定位多区域复制篡改区域,而且对高斯模糊、对比度调整、曝光度调整的后处理操作具有较强的鲁棒性,并且有效地降低了特征向量的维数,提高了检测效率.     

利用Harris特征点和环形均值描述的图像区域复制篡改的被动取证

提出一种利用Harris特征点和环形均值描述的图像区域复制篡改检测算法。首先对图像进行自适应维纳滤波,并利用Harris算子提取图像的特征点,然后通过对每个特征点的环形邻域进行均值描述生成特征向量矩阵,并采用字典排序和阈值化处理进行相似性匹配,从而确定候选匹配点,最后利用RANSAC算法剔除错误的匹配点,实现复制和篡改区域的标识定位。实验结果表明,算法对于复制区域的旋转和翻转变换具有较强的鲁棒性,并且可以有效抵抗常见的后处理攻击,包括高斯模糊、加性高斯白噪声、JPEG压缩以及它们的混合操作,尤其能够抵抗非显著视觉结构的平坦区域和小区域的复制、粘贴、篡改操作。     

结合金字塔Transformer与浅层CNN的变电站图像篡改检测

目的 变电站图像拼接篡改是电力系统的一大安全隐患,针对篡改图像背景复杂、篡改内容尺度不一造成的误检漏检问题以及相关研究较少,本文提出一种面向变电站的拼接篡改图像的双通道检测模型。方法 两通道均采用深度学习方法自适应提取篡改图像和残差图像的特征,其中篡改图像包含丰富的色彩特征和内容信息,残差图像重点凸显了篡改区域的边缘,有效应对了篡改图像多样性导致的篡改特征提取困难问题;将特征金字塔结构Transformer通道作为网络主分支,通过全局交互机制获取图像全局信息,建立关键点之间的联系,使模型具备良好的泛化性和多尺度特征处理能力;引入浅层卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)通道作为辅助分支,着重提取篡改区域的边缘特征,使模型在整体轮廓上更容易定位篡改区域。结果 实验在自制变电站拼接篡改数据集(self-made substation splicing tampered dataset, SSSTD)、CASIA(Chinese Academy of Sciences Institute of Automation dataset)和NIST16(National Institute of Standards and Technology 16)上与4种同类型方法进行比较。定量上看,在SSSTD数据集中,本文模型相对性能第2的模型在精确率、召回率、F1和平均精度上分别提高了0.12%、2.17%、1.24%和7.71%;在CASIA和NIST16数据集中,本文模型也取得了最好成绩。定性上看,所提模型减少了误检和漏检,同时定位精度更高。结论 本文提出的双通道拼接篡改检测模型结合了Transformer和CNN在图像篡改检测方面的优势,提高了模型的检测精度,适用于复杂变电站场景下的篡改目标检测。     

基于融合的高分辨率彩色图像拷贝—变换—移动篡改检测

拷贝—变换—移动篡改是一种操作简单但非常有效的数字图像篡改方法,现有检测框架无法检测。同时,在处理高分辨率篡改图像时,基于穷举搜索的现有算法框架会有计算量的困难。针对高分辨率彩色图像拷贝—变换—移动篡改提出了基于图像融合和尺度不变特征变换(SIFT)特征点匹配的检测算法。首先利用基于加权多尺度基本形的图像融合方法将降采样后的彩色图像信息融合至单幅灰度图像中,然后设计快速匹配方法得到融合图像中匹配的SIFT特征点作为种子点,最后根据图像处理规则和SIFT特征点的尺度和方向信息制定合适的生长策略逐步生长出被篡改区域。对手动制作的篡改图片和可疑新闻图片的实验结果表明,该算法对常用的润色操作和亮度调整以及JPEG有损压缩有较强的稳健性。     

基于不变矩特征的图像区域复制粘贴篡改检测

针对一种常见的篡改手段--图像区域复制粘贴,提出了一种基于不变矩特征的检测方法。将图像分成多个重叠块,提取每块的不变矩特征与直方图特征,结合起来得到图像的特征矢量。利用字典排序,依照预定的相似性标准,确定图像中的复制粘贴区域。实验结果表明,该算法在抗旋转操作方面明显优于经典的PCA检测算法,能准确检测出90°和180°的旋转。     

基于灰度共生矩的图像区域复制篡改检测

针对图像区域复制—粘贴篡改,提出了一种基于灰度共生矩阵的检测算法。首先将待检测图像分成大小相同的多个重叠块,用灰度共生矩阵的统计量表示每块图像的纹理特征,得到图像的特征矢量。然后将特征矢量进行字典排序,并结合图像块的位移矢量,检测且定位出篡改区域。实验结果表明,该算法在抗旋转处理和效率方面均优于经典的基于主成分分析法（PCA）的检测算法。     

基于双解码U型卷积神经网络的胰腺分割

计算机断层成像(computed tomography, CT)中, 胰腺分割作为医学图像分析中最具挑战的任务之一, 由于其体积小、形状多变的特点, 导致传统的自动分割方法无法达到理想的分割精度. 利用高级语义特征指导低级特征的思想, 提出一种基于双解码U型卷积神经网络的单阶段胰腺分割模型. 模型由一个编码器和两个解码...     

基于Tchebichef矩的区域复制窜改检测算法*

提出了一种新的数字图像被动认证算法,用于检测同幅图像的区域复制窜改问题。算法首先利用离散小波变换提取图像的低频分量,再对低频分量进行分块并提取每一块的离散正交Tchebichef矩特征;然后将特征矢量进行字典排序,比较相邻两组特征矢量的相似性;最后利用阈值判别实现窜改伪造区域的检测和定位。实验结果证明,算法能较好地检测及定位出图像中复制与窜改区域,且具有运算量小、检测效率高、鲁棒性好等特点。     

基于多支持区域局部亮度序的图像伪造检测

图像伪造检测是目前数字图像处理领域中的一个研究热点,其中复制-粘贴是最常用的伪造手段。由于伪造区域在粘贴前会被进行一定的尺度、旋转、JPEG压缩、添加噪声等操作,这使得检测伪造区域具有一定的挑战性。针对图像复制-粘贴伪造技术,提出一种基于多支持区域局部亮度序模式（LIOP）的图像伪造检测算法。首先,利用最大稳定极值区域（MSER）算法提取具有仿射不变性的区域作为支持区域;其次,利用非抽样Contourlet变换得到不同尺度、不同分辨率和不同方向的多个支持区域;然后,在每个支持区域上提取同时具有旋转不变性和单调亮度不变性的LIOP描述子,并利用双向距离比值法实现特征初匹配;接着,采用空间聚类将匹配的特征进行归类,进而用随机抽样一致性（RANSAC）算法对每个归类进行几何变换参数估计;最后,使用必要的后处理等操作来检测出伪造区域。实验表明,提出的算法具有较高的伪造检测精度与可信度。     

采用指数矩的图像区域复制粘贴篡改检测

目的 图像区域复制粘贴篡改是目前众多图像篡改技术中一种简单而且常见的方式。针对目前大多数区域复制粘贴篡改检测算法鲁棒性不强,提出一种基于指数矩的图像篡改检测算法。方法 首先将图像分成重叠的图像子块,然后提取每一图像子块的指数矩作为特征向量进行字典排序,利用向量相似度和位移初步确定疑似图像子块,再根据疑似图像子块的相邻子块个数和角度方差去除误匹配块,得到最终篡改区域。结果 该算法具有良好的鲁棒性,与采用圆谐-傅里叶矩的算法相比,在图像受到噪声干扰时,检测率平均提高26.66%,错误率平均降低33.77%。结论 本文算法利用图像的指数矩,针对图像区域复制粘贴篡改操作,能有效检测出图像的篡改区域。检测图像在经过旋转、高斯模糊和添加噪声等后期处理时,算法依然有效。     

基于SIFT的区域复制窜改检测算法*

提出了一种区域复制窜改检测算法,用于检测同幅图像中经几何变换的区域复制窜改问题.先利用SIFT算法提取出图像中SIFT关键点后,再用欧式距离找出所有匹配的关键点,最后根据同一幅自然图像不存在互相匹配的特征点这一特性,判定图像是否被窜改以及定位出被窜改的区域.实验结果表明,算法不仅可以检测出伪造图像中经平移变换的窜改区域,还可以检测出经旋转、缩放以及两者组合的几何变换.与其他的区域复制窜改算法相比,算法对伪造图像的检测有了较大的改进.     

多尺度显著区域检测图像压缩

目的 为了解决利用显著区域进行图像压缩已有方法中存在的对多目标的图像内容不能有效感知,从而影响重建图像的质量问题,提出一种基于多尺度深度特征显著区域检测图像压缩方法。方法 利用改进的卷积神经网络（CNNs）,进行多尺度图像深度特征检测,得到不同尺度显著区域;然后根据输入图像尺寸自适应调整显著区域图的尺寸,同时引入高斯函数,对显著区域进行滤波,得到多尺度融合显著区域;最后结合编码压缩技术,对显著区域实行近无损压缩,非显著区域利用有损编码技术进行有损压缩,完成图像的压缩和重建工作。结果 提出的图像压缩方法较JPEG压缩方法,编码码率为0.39 bit/像素左右时,在数据集Kodak PhotoCD上,峰值信噪比（PSNR）提高了2.23 dB,结构相似性（SSIM）提高了0.024;在数据集Pascal Voc上,PSNR和SSIM两个指标分别提高了1.63 dB和0.039。同时,将提出的多尺度特征显著区域方法结合多级树集合分裂（SPIHT）和游程编码（RLE）压缩技术,在Kodak数据集上,PSNR分别提高了1.85 dB、1.98 dB,SSIM分别提高了0.006、0.023。结论 提出的利用多尺度深度特征进行图像压缩方法得到了较传统编码技术更好的结果,该方法通过有效地进行图像内容的感知,使得在图像压缩过程中,减少了图像内容损失,从而提高了压缩后重建图像的质量。     

小波低频子带提取特征的图像复制篡改检测

针对数字图像取证中一类常见的图像篡改-复制粘贴图像伪造,提出了一种利用小波变换和图像块灰度分布提取特征的检测算法。相对于原图,小波分解的低频子带仍然保持原图像的概貌和空间特性,但在尺寸上减小了很多;对小波低频子带进行重叠分块,再对各重叠块进行灰度分布特征的提取;利用迭代划分法结合相似性匹配搜索相似图像块,进一步减少了检测的计算量;配合图像块的偏移位置信息,进行图像复制伪造区域的检测和定位。实验表明该算法能够较精确地定位出复制和粘贴的图像伪造区域,并有效地减少了运算量,提高了检测效率。     

结合倒置特征金字塔和U-Net的高光谱图像分类

目的 地物分类是对地观测研究领域的重要任务。高光谱图像具有丰富的地物光谱信息,可用于提升遥感图像地物分类的准确度。如何对高光谱图像进行有效的特征提取与表示是高光谱图像分类应用的关键问题。为此,本文提出了一种结合倒置特征金字塔和U-Net的高光谱图像分类方法。方法 对高光谱数据进行主成分分析（principal component analysis,PCA）降维,获取作为网络输入的重构图像数据,然后使用U-Net逐层提取高光谱重构图像的空间特征。与此同时,利用倒置的特征金字塔网络抽取相应层级的语义特征;通过特征融合,得到既有丰富的空间信息又有较强烈的语义响应的特征表示。提出的网络利用注意力机制在跳跃连接过程中实现对背景区域的特征响应抑制,最终实现了较高的地物分类精度。结果 分析了PCA降维方法和输入数据尺寸对分类性能的影响,并在Indian Pines、Pavia University、Salinas和Urban数据集上进行了对比实验。本文方法在4个数据集上分别取得了98.91%、99.85%、99.99%和87.43%的总体分类精度,与支持向量机（support vector machine,SVM）等相关算法相比,分类精度高出1%~15%。结论 本文提出一种结合倒置特征金字塔和U-Net的高光谱图像分类方法,可以应用于有限训练样本下的高光谱图像分类任务,并在多个数据集上取得了较高的分类精度。实验结果表明倒置特征金字塔结构与U-Net结合的算法能够高效地实现高光谱图像的特征提取与表示,从而获得更精细的分类结果。