深度偽造數字圖形取證方法研究

⑴ 數字圖像處理的主要方法

數字圖像處理的工具可分為三大類：

第一類包括各種正交變換和圖像濾波等方法，其共同點是將圖像變換到其它域（如頻域）中進行處理（如濾波）後，再變換到原來的空間（域）中。

第二類方法是直接在空間域中處理圖像，它包括各種統計方法、微分方法及其它數學方法。

第三類是數學形態學運算，它不同於常用的頻域和空域的方法，是建立在積分幾何和隨機集合論的基礎上的運算。

由於被處理圖像的數據量非常大且許多運算在本質上是並行的，所以圖像並行處理結構和圖像並行處理演算法也是圖像處理中的主要研究方向。

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1、數字圖像處理包括內容：

圖像數字化；圖像變換；圖像增強；圖像恢復；圖像壓縮編碼；圖像分割；圖像分析與描述；圖像的識別分類。

2、數字圖像處理系統包括部分：

輸入（採集）；存儲；輸出（顯示）；通信；圖像處理與分析。

3、應用

圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因 此，圖像處理的應用領域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。隨著人類活動范圍的不斷擴大，圖像處理的應用領域也將隨之不斷擴大。

主要應用於航天和航空、生物醫學工程、通信 工程、工業和工程、軍事公安、文化藝術、機器人視覺、視頻和多媒體系統、科學可視化、電子商務等方面。

⑵ 數字取證的基本原則和一般步驟是怎樣的

數字證據的取證原則和方法

數字證據是計算機和網路科技高速發展的產物，是將法律與高科技相結合的一種新形式的證據。數字證據的取證規則、取證方式都有別於傳統證據，需要通過特定的技術手段進行分析和獲取，因此在數字證據的取證過程中應當注意規范取證流程，遵循一定的原則和方法。

一、數字證據的取證程序應嚴格規范

1.證據現場的保護。取證人員進入現場後，應迅速封鎖整個計算機區域，將人、機、物品之間進行物理隔離;保護好計算機日誌，對數據進行備份，切斷遠程式控制制;封存現場的信息系統、各種可能涉及到的磁介質、內部人員使用的工作記錄、程序備份和數據備份;提取涉案計算機硬碟、移動磁介質、光碟等，特別應注意對當事人隨身攜帶的存儲介質的提取。

2.證據的提取和固定。提取和固定數字證據時，一個重要的原則就是確保對目標計算機中的原始數據不產生任何改動和破壞，只有這樣，才能保證數字證據的真實性、完整性和安全性。在取證過程中，應在對案件有關的計算機中的數據和資料不進行任何改動或損壞的前提下進行備份，記錄備份的時間、地點、數據來源、提取過程、使用方法、備份人及見證人名單並簽名。

3.證據的分析。應當注意的是，所有的檢查和分析工作應該在備份件上進行，以保證原始證據的可靠性和可信性。對數字證據進行數據分析，必須考慮計算機的類型，採用的操作系統，是否有隱藏的分區，有無可疑外設，有無遠程式控制制、木馬程序及當前計算機系統的網路環境。對數據進行全面的分析，還應該注意檢查所有的日誌文件，對在該系統上使用過的用戶操作時間以及操作記錄進行登記，查看可能進入或使用過該機器系統的可疑程序。

二、數字證據取證過程中應注意保持證據原始性

1.對原始數據進行備份後利用備份的數據進行分析，不能對原始數據直接進行分析。要在不破壞原始介質的前提下，對所獲得的數據進行分析，從而提取出有效證據。為保證原始介質數據的完整性，在進行數據分析之前，必須對原始數據進行鏡像拷貝，然後對拷貝進行分析。

2.對原始數據要進行冗餘備份。數字證據在保存時應該有兩個或兩個以上完整的拷貝。冗餘備份一方面避免了由於數字證據本身的不穩定性造成備份數據的丟失，另一方面還可以在數據分析過程中同時對拷貝文件進行調查和分析，提高取證效率。

3.在備份復制過程中，以及對備份復制的硬碟或鏡像文件進行數據分析、恢復、檢驗時，應當使用安全只讀介面，使用防寫技術進行操作。對重要證據文件還應採取必要的加密技術和數字簽名等技術，並且應當記錄分析過程所使用的設備型號、序列號，所使用的軟體的名稱、版本號、具體操作過程以及檢查結果等，製作相應的工作記錄或檢驗文書。

4.詳細記錄取證全程，保證證據連續性。將數字證據從獲取生成之後到提交法庭作為審判依據的過程中產生的變化都進行記錄和說明。在移動硬體之前，把被提取的設備在現場中的相對位置、具體外觀和連接狀態用照相、錄像、繪圖、文字的形式記錄下來，用攝像機記錄檢驗分析的全過程，尤其對解除封存狀態、檢查過程的關鍵操作、重新封存等主要步驟應當多角度錄像。

5.保障硬體環境安全可靠。存儲數字證據的介質必須按照科學方法保全，應該遠離磁場、高溫、灰塵、潮濕、靜電環境，避免造成電磁介質數據丟失，防止破壞重要的線索和證據。還要注意防磁，特別是使用安裝了無線電通訊設備的交通工具運送數字證據時，要關掉車上的無線設備，以免其工作時產生的電磁場破壞計算機及軟盤、磁帶等存儲的數據。

⑶ 圖像的特徵提取都有哪些演算法

常用的圖像特徵有顏色特徵、紋理特徵、形狀特徵、空間關系特徵。

一 顏色特徵

（一）特點：顏色特徵是一種全局特徵,描述了圖像或圖像區域所對應的景物的表面性質。一般顏色特徵是基於像素點的特徵，此時所有屬於圖像或圖像區域的像素都有各自的貢獻。由於顏色對圖像或圖像區域的方向、大小等變化不敏感，所以顏色特徵不能很好地捕捉圖像中對象的局部特徵。另外，僅使用顏色特徵查詢時，如果資料庫很大，常會將許多不需要的圖像也檢索出來。顏色直方圖是最常用的表達顏色特徵的方法，其優點是不受圖像旋轉和平移變化的影響，進一步藉助歸一化還可不受圖像尺度變化的影響，基缺點是沒有表達出顏色空間分布的信息。

（二）常用的特徵提取與匹配方法

（1） 顏色直方圖

其優點在於：它能簡單描述一幅圖像中顏色的全局分布，即不同色彩在整幅圖像中所佔的比例，特別適用於描述那些難以自動分割的圖像和不需要考慮物體空間位置的圖像。其缺點在於：它無法描述圖像中顏色的局部分布及每種色彩所處的空間位置，即無法描述圖像中的某一具體的對象或物體。

最常用的顏色空間：RGB顏色空間、HSV顏色空間。

顏色直方圖特徵匹配方法：直方圖相交法、距離法、中心距法、參考顏色表法、累加顏色直方圖法。

（2） 顏色集

顏色直方圖法是一種全局顏色特徵提取與匹配方法，無法區分局部顏色信息。顏色集是對顏色直方圖的一種近似首先將圖像從 RGB顏色空間轉化成視覺均衡的顏色空間（如 HSV 空間），並將顏色空間量化成若干個柄。然後，用色彩自動分割技術將圖像分為若干區域，每個區域用量化顏色空間的某個顏色分量來索引，從而將圖像表達為一個二進制的顏色索引集。在圖像匹配中，比較不同圖像顏色集之間的距離和色彩區域的空間關系

（3） 顏色矩

這種方法的數學基礎在於：圖像中任何的顏色分布均可以用它的矩來表示。此外，由於顏色分布信息主要集中在低階矩中，因此，僅採用顏色的一階矩（mean）、二階矩（variance）和三階矩（skewness）就足以表達圖像的顏色分布。

（4） 顏色聚合向量

其核心思想是：將屬於直方圖每一個柄的像素分成兩部分，如果該柄內的某些像素所佔據的連續區域的面積大於給定的閾值，則該區域內的像素作為聚合像素，否則作為非聚合像素。

（5） 顏色相關圖

二 紋理特徵

（一）特點：紋理特徵也是一種全局特徵，它也描述了圖像或圖像區域所對應景物的表面性質。但由於紋理只是一種物體表面的特性，並不能完全反映出物體的本質屬性，所以僅僅利用紋理特徵是無法獲得高層次圖像內容的。與顏色特徵不同，紋理特徵不是基於像素點的特徵，它需要在包含多個像素點的區域中進行統計計算。在模式匹配中，這種區域性的特徵具有較大的優越性，不會由於局部的偏差而無法匹配成功。作為一種統計特徵，紋理特徵常具有旋轉不變性，並且對於雜訊有較強的抵抗能力。但是，紋理特徵也有其缺點，一個很明顯的缺點是當圖像的解析度變化的時候，所計算出來的紋理可能會有較大偏差。另外，由於有可能受到光照、反射情況的影響，從2-D圖像中反映出來的紋理不一定是3-D物體表面真實的紋理。

例如，水中的倒影，光滑的金屬面互相反射造成的影響等都會導致紋理的變化。由於這些不是物體本身的特性，因而將紋理信息應用於檢索時，有時這些虛假的紋理會對檢索造成「誤導」。

在檢索具有粗細、疏密等方面較大差別的紋理圖像時，利用紋理特徵是一種有效的方法。但當紋理之間的粗細、疏密等易於分辨的信息之間相差不大的時候，通常的紋理特徵很難准確地反映出人的視覺感覺不同的紋理之間的差別。

（二）常用的特徵提取與匹配方法

紋理特徵描述方法分類

（1）統計方法統計方法的典型代表是一種稱為灰度共生矩陣的紋理特徵分析方法Gotlieb 和 Kreyszig 等人在研究共生矩陣中各種統計特徵基礎上，通過實驗，得出灰度共生矩陣的四個關鍵特徵：能量、慣量、熵和相關性。統計方法中另一種典型方法，則是從圖像的自相關函數（即圖像的能量譜函數）提取紋理特徵，即通過對圖像的能量譜函數的計算，提取紋理的粗細度及方向性等特徵參數

（2）幾何法

所謂幾何法，是建立在紋理基元（基本的紋理元素）理論基礎上的一種紋理特徵分析方法。紋理基元理論認為，復雜的紋理可以由若干簡單的紋理基元以一定的有規律的形式重復排列構成。在幾何法中，比較有影響的演算法有兩種：Voronio 棋盤格特徵法和結構法。

（3）模型法

模型法以圖像的構造模型為基礎，採用模型的參數作為紋理特徵。典型的方法是隨機場模型法，如馬爾可夫（Markov）隨機場（MRF）模型法和 Gibbs 隨機場模型法

（4）信號處理法

紋理特徵的提取與匹配主要有：灰度共生矩陣、Tamura 紋理特徵、自回歸紋理模型、小波變換等。

灰度共生矩陣特徵提取與匹配主要依賴於能量、慣量、熵和相關性四個參數。Tamura 紋理特徵基於人類對紋理的視覺感知心理學研究，提出6種屬性，即：粗糙度、對比度、方向度、線像度、規整度和粗略度。自回歸紋理模型（simultaneous auto-regressive, SAR）是馬爾可夫隨機場（MRF）模型的一種應用實例。

三 形狀特徵

（一）特點：各種基於形狀特徵的檢索方法都可以比較有效地利用圖像中感興趣的目標來進行檢索，但它們也有一些共同的問題，包括：①目前基於形狀的檢索方法還缺乏比較完善的數學模型；②如果目標有變形時檢索結果往往不太可靠；③許多形狀特徵僅描述了目標局部的性質，要全面描述目標常對計算時間和存儲量有較高的要求；④許多形狀特徵所反映的目標形狀信息與人的直觀感覺不完全一致，或者說，特徵空間的相似性與人視覺系統感受到的相似性有差別。另外，從 2-D 圖像中表現的 3-D 物體實際上只是物體在空間某一平面的投影，從 2-D 圖像中反映出來的形狀常不是 3-D 物體真實的形狀，由於視點的變化，可能會產生各種失真。

（二）常用的特徵提取與匹配方法

Ⅰ幾種典型的形狀特徵描述方法

通常情況下，形狀特徵有兩類表示方法，一類是輪廓特徵，另一類是區域特徵。圖像的輪廓特徵主要針對物體的外邊界，而圖像的區域特徵則關繫到整個形狀區域。

幾種典型的形狀特徵描述方法：

（1）邊界特徵法該方法通過對邊界特徵的描述來獲取圖像的形狀參數。其中Hough 變換檢測平行直線方法和邊界方向直方圖方法是經典方法。Hough 變換是利用圖像全局特性而將邊緣像素連接起來組成區域封閉邊界的一種方法，其基本思想是點—線的對偶性；邊界方向直方圖法首先微分圖像求得圖像邊緣，然後，做出關於邊緣大小和方向的直方圖，通常的方法是構造圖像灰度梯度方向矩陣。

（2）傅里葉形狀描述符法

傅里葉形狀描述符(Fourier shape descriptors)基本思想是用物體邊界的傅里葉變換作為形狀描述，利用區域邊界的封閉性和周期性，將二維問題轉化為一維問題。

由邊界點導出三種形狀表達，分別是曲率函數、質心距離、復坐標函數。

（3）幾何參數法

形狀的表達和匹配採用更為簡單的區域特徵描述方法，例如採用有關形狀定量測度（如矩、面積、周長等）的形狀參數法（shape factor）。在 QBIC 系統中，便是利用圓度、偏心率、主軸方向和代數不變矩等幾何參數，進行基於形狀特徵的圖像檢索。

需要說明的是，形狀參數的提取，必須以圖像處理及圖像分割為前提，參數的准確性必然受到分割效果的影響，對分割效果很差的圖像，形狀參數甚至無法提取。

（4）形狀不變矩法

利用目標所佔區域的矩作為形狀描述參數。

（5）其它方法

近年來，在形狀的表示和匹配方面的工作還包括有限元法（Finite Element Method 或 FEM）、旋轉函數（Turning Function）和小波描述符（Wavelet Descriptor）等方法。

Ⅱ 基於小波和相對矩的形狀特徵提取與匹配

該方法先用小波變換模極大值得到多尺度邊緣圖像，然後計算每一尺度的 7個不變矩，再轉化為 10 個相對矩，將所有尺度上的相對矩作為圖像特徵向量，從而統一了區域和封閉、不封閉結構。

四 空間關系特徵

（一）特點：所謂空間關系，是指圖像中分割出來的多個目標之間的相互的空間位置或相對方向關系，這些關系也可分為連接/鄰接關系、交疊/重疊關系和包含/包容關系等。通常空間位置信息可以分為兩類：相對空間位置信息和絕對空間位置信息。前一種關系強調的是目標之間的相對情況，如上下左右關系等，後一種關系強調的是目標之間的距離大小以及方位。顯而易見，由絕對空間位置可推出相對空間位置，但表達相對空間位置信息常比較簡單。

空間關系特徵的使用可加強對圖像內容的描述區分能力，但空間關系特徵常對圖像或目標的旋轉、反轉、尺度變化等比較敏感。另外，實際應用中，僅僅利用空間信息往往是不夠的，不能有效准確地表達場景信息。為了檢索，除使用空間關系特徵外，還需要其它特徵來配合。

（二）常用的特徵提取與匹配方法
提取圖像空間關系特徵可以有兩種方法：一種方法是首先對圖像進行自動分割，劃分出圖像中所包含的對象或顏色區域，然後根據這些區域提取圖像特徵，並建立索引；另一種方法則簡單地將圖像均勻地劃分為若干規則子塊，然後對每個圖像子塊提取特徵，並建立索引。