[发明专利]一种基于离散小波变换的图像篡改检测以及篡改定位方法

摘要

本发明公开了一种基于离散小波变换的图像篡改检测以及篡改定位方法，具体步骤包括，图片发送方：特征提取；KL变换；量化压缩，生成原始图像签名；将原始图像签名等发送给图像图片接收方；图片接收方：生成待检测图像的中间签名；恢复原始图像的中间签名，继而进行篡改检测以及篡改定位。本发明法对常规图像处理操作具有较强的鲁棒性，对于局部篡改具有敏感性，能很好地捕获到恶意篡改特征并进行精确定位。

主权项

1.一种基于离散小波变换的图像篡改检测以及篡改定位方法，其特征在于，包括以下步骤：图片发送方：步骤1、特征提取步骤1.1、对大小为N×N的原始图像I₀分块，得到的图像块定义为B_oi，i＝0，K，(N²/P²)-1，每个图像块的大小为P×P，令P＝8，B_oi(x，y)定义为图像块B_oi中像素点(x，y)的灰度值，其中，0≤x，y≤P-1；步骤1.2、对于矩阵B_oi进行3级db2小波变换，W_iLL表示图像块B_oi的3级低频子带系数，WiLL=a11a12a13a21a22a23a31a32a33;]]>图像块B_oi的特征向量V_oi为：Voi=xi1xi4xi7xi2xi5xi8xi3xi6xi9=a112a122a132a212a222a232a312a322a332,i=0,K,(N2/P2)-1;]]>得到，图像I₀的特征向量V_o为：Vo=(Vo0,Vo1,Vo2,...,Vo(N2/P2-1));]]>步骤2、KL变换步骤2.1、KL变换的预处理首先，将V_oi按照列优先的方法重组为1×9的行向量，得到：(x_i1，x_i2，...，x_i9)，令m_ij＝x_ij，其中，i＝1，2，...，N²/64，j＝1，2，...，9，得到V_o重组后的矩阵M_o：Mo=m11m12Lm19m21m22Lm29Mm(N2/64)1m(N2/64)2Lm(N2/64)9,]]>在矩阵M_o中的每一行的最后两列添加每个图像块的行位置序号和列位置序号，得到矩阵A_o：Ao=m11m12Lm19R1C1m21m22Lm29R2C2Mm(N2/64)1m(N2/64)2Lm(N2/64)9RN/8CN/8,]]>对矩阵M_o进行标准化处理，从而得到标准化矩阵N_o：No=n11n12...n19n21n22...n29............n(N2/64)1n(N2/64)2...n(N2/64)9;]]>步骤2.2、对矩阵N_o进行KL变换，得到特征向量，由计算得到的特征向量构成的矩阵∏_o，作为原始图像的中间签名：Πo=λo11λo12...λo19λo21λo22...λo29............λo91λo92...λo99,]]>其中，λ_oij∈[-1，1]，1≤i，j≤9；步骤3、量化压缩步骤3.1、对特征向量矩阵∏_o的每一个元素λ_oij，λ_oij∈[-1，1]，按照下列公式进行量化：λ_oqij∈[0，255]，1≤i，j≤9得到：Πoq=λoq11λoq12...λoq19λoq21λoq22...λoq29............λoq91λoq92...λoq99;]]>步骤3.2、对∏_oq进行Huffman编码，生成原始图像签名H_o；将原始图像签名H_o和Huffman树HT_o发送给图像图片接收方；图片接收方：接收到的待检测图像记为I_t、原始图像签名H_o和Huffman树HT_o，篡改检测步骤如下：步骤4、按照步骤1至步骤3的方法，生成待检测图像I_t的中间签名∏_t：Πt=λt11λt12...λt19λt21λt22...λt29............λt91λt92...λt99]]>其中，λ_tij∈[-1，1]，1≤i，j≤9；步骤5、根据接收到的原始图像签名H_o和Huffman树HT_o，恢复原始图像的中间签名对H_o用Huffman树解码，得到∏_oq，再按照下列反量化公式对其中的每一个元素λ_oqij进行反量化得到中间签名：λoij=λoqij127-1,]]>其中1≤i，j≤9，即得Πo=λo11λo12...λo19λo21λo22...λo29............λo91λo92...λo99;]]>步骤6、篡改检测步骤6.1、定义∏_t与∏_o之间的相似度测量距离：D=Σi=19Σj=19|λtij-λoij|9×9;]]>步骤6.2、根据阈值T来判断是否D≥T，若是，则图像已经被篡改攻击；若否，则图像未被篡改；步骤7、篡改定位步骤7.1、计算出待检测图像I_t和原始图像I₀的KL得分矩阵：Ω_t＝N_t∏_t，Ω_o＝N_t∏_o；步骤7.2、计算差值矩阵Ω：Ω＝Ω_t±Ω_o；步骤7.3：计算差值矩阵Ω的Hotelling T2-统计量W，W为N²/64的向量，其中W向量中最大元素所在的图像块便为被篡改的图像块，以实现篡改定位。