利用半色调点位置失真打印图像篡改取证方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息安全领域、信号与信息处理技术，涉及到激光打印图像中半色调 点位置提取W及根据位置失真特征进行的打印篡改取证方法。
【背景技术】
[0002] 当前数码打印机已成为人们日常生活中必备的办公设备。而随着打印机、复印机 的普及，伪造文档、图像的案件也呈逐年增多的趋势。犯罪分子可利用廉价的打印、复印设 备W及图像处理软件篡改各类重要文件。该些违法犯罪行为不但能引起经济纠纷和刑事案 件，而且还会影响到政府的事务W及国家的安全。为了防范和打击此类犯罪活动，司法和公 安部口迫切需要有效、方便、快捷的打印取证技术，来鉴别打印文件的真实性。由于激光打 印机具有速度快、清晰度高、保存时间长等优点因而得到公司和政府部口的广泛使用，
[0003] 目前针对打印图像取证主要利用纹理特征、几何失真特征、噪声特征和传感器类 型识别等进行了探索。2010年Seung-Jin Ryu等利用半色调纹理特征来进行打印图像来源 取证。将打印图像的半色调点排列视为一种纹理，通过分析高分辨率扫描图像来分析纹理 特征。根据不同的打印机的半色调点排列不同，相同的打印机半色调点排列相同。采用霍 夫变换提取点阵排列的直线信息，依据得到的直线的角度特征来构建直方图，通过计算多 幅图像角度直方图的平均值来表示打印机模型，再采用相似性检测来完成打印机的来源取 证。
[0004] 2009年化ban Bulan提出了一种基于半色调点几何失真的打印图像来源取证技 术。由于激光打印机中感光鼓和五棱镜之间的位置和转速的偏差导致打印图像中半色调点 的实际排列与理想排列结构存在位置失真。提取半色调点中也位置进行频域变换并提取点 阵周期，估计原始点位置，并且采用直线拟合方式进行旋转补偿来纠正扫描过程中引入的 旋转偏移，提取几何崎变特征，通过相关性检测来得到扫描图像的打印机来源。上述两种方 法都是提取纹理特征或者几何失真特征作为页面的整体特征，来进行打印机来源取证。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，发明一种利用半色调点位置失 真打印图像篡改取证方法，是采用半色调点的位置的微观特征，分析页面的每个局部特征， 来寻找局部差异，进行打印机的篡改取证。本发明利用打印机的半色调点特征，提取打印图 像中的半色调点位置信息，并判断其是否存在位置失真，进而实现打印图像的篡改取证。此 方法的检测结果不受图像内容的影响，由于采用半色调点的位置进行检测，本实验的结果 精确到每个半色调点，可W检测到细微篡改图像区域，无论是同图篡改还是异图篡改的篡 改区域均可被准确定位出。
[0006] 本发明采用的技术方案是利用半色调点位置失真来进行打印图像篡改取证的方 法，其特征是，该方法利用高斯模型匹配方法获得打印图像中半色调点的中也位置，对每个 半色调点中也点提取12维位置特征，使用k-均值聚类方法对所提特征进行聚类，并将每个 半色调点的聚类结果标记在打印图像中；通过聚类结果能鉴别打印图像的篡改事实，并确 定篡改区域；该方法的具体步骤如下：
[0007] 1)半色调点的中也检测
[0008] 利用高斯模型匹配方法获得打印图像中半色调点的中也位置。首先，根据半色调 点的形状及其像素值变化规律，构建一个符合二维高斯分布的理想高斯匹配模型矩阵，将 该个高斯匹配模型在待测图像上进行遍历匹配，即取与高斯模型大小相同的图像块并与之 计算相关系数，其公式如下：
[0009]
【主权项】
1. 一种利用半色调点位置失真来进行打印图像篡改取证的方法，其特征是，该方法利 用高斯模型匹配方法获得打印图像中半色调点的中心位置，对每个半色调点中心点提取12 维位置特征，使用k-均值聚类方法对所提特征进行聚类，并将每个半色调点的聚类结果标 记在打印图像中；通过聚类结果能够鉴别打印图像的篡改事实，并确定篡改区域；该方法 的具体步骤如下： 1) 半色调点的中心检测 利用高斯模型匹配方法获得打印图像中半色调点的中心位置。首先，根据半色调点的 形状及其像素值变化规律，构建一个符合二维高斯分布的理想高斯匹配模型矩阵，将这个 高斯匹配模型在待测图像上进行遍历匹配，即取与高斯模型大小相同的图像块并与之计算 相关系数，其公式如下：
其中，Anm为高斯模型矩阵，Bmn为与高斯模型进行匹配的图像块，其尺寸均为m行η列， D(Anm)和D(Bmn)分别表示高斯模型矩阵和与之匹配的图像块的方差。分子表示二者的协方 差，分母表示二者标准差的乘积，则整个公式表示两个矩阵之间的相关系数 将高斯模型在待测图像上进行遍历计算，得到待测图像的相关系数矩阵，在矩阵中求 局部最大值的位置既为最佳匹配的位置，也是半色调点的中心位置，将半色调点的中心位 置用白色点进行标记，则得到半色调点位置标记图。 2) 半色调点位置特征提取 根据得到的半色调点的中心位置计算其12维位置特征，针对某半色调中心点Α，计算 其周围半色调点中与该半色调点位置最近的6个半色调点，则得到的这6个半色调点即为 其相邻的半色调点，得到相邻半色调点位置后，计算点A与其相邻点的距离作为6维特征， 再分别计算点A与其相邻点的连线和水平线夹角作为另外6维特征； 3) 采用聚类算法确定篡改区域 本发明采用k-均值聚类算法，由于本发明中需要区分原始和篡改两类半色调点，因 此，类别k = 2 ;把数据集中的所有样本划分成2个聚类需满足以下条件：同一聚类之中的 对象间距离最小；不同聚类中的对象间距离最大；k-均值算法的过程如下：首先，从有η个 数据对象的数据集中任意选择2个对象作为初始的聚类中心；剩下的其他对象，根据这些 点与聚类中心的距离将他们分别分配给与聚类中心所在的聚类中；然后，计算每个得到的 新的聚类中心，即这一个聚类中所有对象的均值； 最后，不断重复上述步骤直到标准测度函数开始收敛为止。
【专利摘要】本发明利用半色调点位置失真打印图像篡改取证方法属于信息安全领域、信号与信息处理技术，涉及到激光打印图像中半色调点位置提取以及根据位置失真特征进行的打印篡改取证方法。该方法利用高斯模型匹配方法获得打印图像中半色调点的中心位置，对每个半色调点中心点提取12维位置特征，使用k-均值聚类方法对所提特征进行聚类，并将每个半色调点的聚类结果标记在打印图像中；通过聚类结果能够鉴别打印图像的篡改事实，并确定篡改区域。本发明由于采用半色调点的位置进行检测，检测结果不受图像内容的影响，可以检测到细微的篡改图像区域。利用本方法进行篡改检测简洁、直观，本发明适用于信息安全领域。
【IPC分类】G06K9-62, G06T7-00
【公开号】CN104537654
【申请号】CN201410805834
【发明人】孔祥维, 吴涵, 尚士泽
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月19日