[发明专利]防止和识别图像篡改的图像编码方法

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种防止和识别图像篡改的图像编码方法，用于数字图像的认证，即对数字 图像的真实性进行验证，并将篡改后的图像恢复到原始图像。

背景技术：

近年来，随着计算机技术和图像处理技术的发展，特别是一些尖端的图像处理软件如 Adobe公司出品的功能强大的Photoshop图像处理软件，结果导致制造与真实图像难以区分 的伪造图像变得非常容易，特别是随着因特网的普及，大量的伪造图像在网上迅速传播，给 我们的社会产生严重的影响，另外，在一些应用如新闻图片、电子商务图片以及法庭证据图 片等，人们需要确切知道所接收或使用的图片是否真实可信，因此，需要有效的方法去防止 和识别图像篡改。

目前，常用的防止和识别图像篡改的方法是数字水印技术，数字水印技术的基本原理是 将某些重要信息嵌入到目标图像中，嵌入时基于一些感知准则，使嵌入水印后的目标数据的 改变不被感知。基本的方法是使用一个嵌入器，向媒体嵌入察觉不到的水印，利用解码器来 探测是否有水印，如果有，将它译码输出，从而检测出图像是否被篡改，以及被篡改的位置， 但数字水印在嵌入的过程中，通常或多或少改变了原始图像的数据，而且即使能准确定位篡 改位置，要将篡改图像完全恢复到原始图像较难，特别是篡改较多的情况下更难以恢复。

另一种新兴的识别图像篡改的方法不需要在图像中嵌入水印，该方法基于如下的假定： 图像篡改常常改变视觉上无法观测到的自然图像一些潜在的统计特性。通过检测图像统计特 性的改变从而识别出图像的篡改，在这方面的研究以Hany farid教授(Department of Computer Science，Dartmouth College)最为著名，研究了基于色差理论以及双JPEG图像 压缩统计特性等检测方法。与数字水印相比，该方法不需要对原图像进行任何操作，但因为 数字图像在将连续图像数字化的过程中，通常会产生噪声，而且图像压缩的过程中通常是有 损压缩，也会改变图像的统计特性，压缩的方法也多种多样，如以前的JPEG采用离散余弦 (DCT)变换而JPEG2000则采用小波变换，不同的压缩方法导致图像统计特性的变化也不一 样，因此，造成统计特性改变的原因多种多样，要完全准确检测篡改非常困难。另外，该方 法只能检测出图像篡改，却不能将篡改后的图像恢复到原始图像。

上述两种方法除了不能精确恢复出原始图像外，还有一个共同的缺点就是通常不允许对 图像作一些可以接受的操作，比如亮度调整，对比度调整等不改变图像内容的操作，因为这 些操作都将被视作对图像的篡改，但往往这些常用的操作又是必须的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种防止和识别图像篡改的图像编码方法，该方法允许对图像作任 何的操作，不仅能精确检测出图像篡改的位置，而且能将篡改图像精确恢复为原始图像。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案包括如下步骤：

(1)加密原始图像编码。通过密钥加密原始图像编码，从而保证原始图像的安全性和真实 性。

(2)对加密后的数据进行循环冗余校验编码(CRC)，以防止对加密数据的恶意攻击和篡改。

(3)对原始图像编码的加密数据和循环冗余校验编码通过密钥进行置乱加密，并附加到显 示图像编码(不加密的图像编码)之后，从而将安全真实的原始图像的信息保存在图 像中以防止和识别图像篡改，这样，图像编码就由两部份组成：显示图像编码和原始 图像编码。显示图像编码可以是任意形式的图像压缩编码，允许对显示图像进行任何 形式的操作，但原始图像编码被加密保存，不允许被篡改。

(4)通过对图像中加密的原始图像编码进行解密，将原始图像与显示图像进行对比，便可 以直接发现对原始图像所作的改动，从而方便人们判断出对原始图像所作的修改是否 影响到图像内容的真实性，并可将篡改图像精确恢复为原始图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将原始图像编码加密并包含于图像编码之中，将篡改图像与原始图像进行直接 对比，可以精确定位篡改的位置，并能将篡改图像精确恢复为原始图像。

2、在对原始图像加密的过程中，除了直接用密钥对原始图像编码进行编码外，还对加密 后的数据进行循环冗余校验编码以防止对加密数据的恶意篡改，从而保证了原始图像 的安全性和真实性。