[发明专利]基于四元数指数矩的彩色图像复制篡改检测方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，尤其是一种能够更为准确的检测出篡改区域的基于四 元数指数矩的彩色图像复制篡改检测方法。

背景技术

图像区域复制篡改是一种典型而有效的图像伪造方式，是将图像中某一区域进行 复制，粘贴到同一图像的不相交区域，从而达到消除或隐藏图像的某一对象或某一片区域 的目的。通常情况，针对图像实施区域复制篡改时，会人为地对篡改区域添加后处理操作， 如高斯噪声、高斯模糊、双重JPEG压缩等操作，使人眼难以察觉，绝大多数篡改图像还混合 对篡改区域实施诸如旋转、缩放的几何攻击操作，改变了复制区域的透视效果，从而使得粘 贴的篡改区域更加逼真，增加了辨识与检测的难度。目前，复制-粘贴篡改检测大多是针对 灰度图像，即使原始载体是彩色图像，大部分方法只是通过提取其亮度信息或使用单色通 道信息,未能很好体现和保留不同颜色分量在整体颜色空间内的特定联系,使得整个算法 对于篡改区域的检测精度低。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题,提供一种能够更为准确的检 测出篡改区域的基于四元数指数矩的彩色图像复制篡改检测方法。

本发明的技术解决方案是:一种基于四元数指数矩的彩色图像复制篡改检测方 法，其特征在于按如下步骤进行：

步骤1：待检测彩色图像利用高斯平滑滤波去除噪声，再通过滑窗分块方法对彩色图像 进行圆形重叠分块；

步骤2：利用四元数指数矩对所得到的每个圆形图像块进行分解，选择稳定矩幅值表示 各图像块特征，存入特征向量集合中；

步骤3：利用算法进行圆形图像块特征匹配；

步骤4：通过算法结合估计的几何变换参数,移除错误匹配块,并确定出具有相同特征的匹配块作为疑似复制篡改区域；

步骤5：对疑似复制篡改区域进行形态学操作，标记出篡改区域。

所述步骤1如下：

步骤11:高斯平滑滤波器的二维形式表示为：

其中是一个圆对称函数，与待检测图像进行卷积可得到一个平滑图像,;

步骤12：利用滑窗方法将步骤11得到的彩色图像进行圆形重叠分块，相邻两个圆块只 有一行或者一列不相交。

所述步骤2如下：

步骤21：假设和分别表示彩色图像的、、三个分量，和分别表示彩色图像、、三个分量的传统指数矩，表示取复数的实部，表示取复数的虚部，则四元数指数矩分解可以表示为：

其中，

步骤22：选择步骤21中计算得到的四元数指数矩幅值作为该圆形分块特征，

存放到特征向量集合中。

所述步骤3如下：

利用主哈希函数和次哈希函数对降维后向量进行哈希，建立哈希表存储数据点;特征向量集合，其中包含点的个数为,，每个点都是一个维四元数指数矩特征向量，对中每个点，利用哈希函数进行降维映射，得到维向量;分别计算该点主哈希值和次哈希值;将h₁和h₂相同的点存储在同一个桶中，生成哈希表,表示哈希表的第个桶，表示哈希表中包含桶的个数,为哈希表中每个桶生成一个索引文件，文件由该桶中各点主次哈希值组成；

步骤32：对于特征向量集合，在每一组特征向量各自桶内搜索满足近邻的点，并遍历L个哈希表;候选匹配块的空间距离满足公式，则将其存放入候选块集合;其中为求解两分块特征向量的欧式距离，D₁为特征向量相似阈值;

所述步骤4如下：

步骤41：随机抽样估计复制粘贴区域几何变换参数，将步骤32构造的候选块集合中随 机选择三对空间相邻共线的匹配对，计算出他们空间域上2*2仿射变换矩阵M及1*2变换向 量t中6个未知数，可以表示为：

其中，用表示一对匹配块，M和t中6个未知数可以通过三对匹配块来确定;将三对匹配块与计算得到的M和t存放到集合H中，当H中符合M和t匹配块超过100对，则认为2*2仿射变换矩阵M和1*2变换向量t为复制粘贴区域几何变换参数；

步骤42：利用算法结合步骤41计算得到的几何变换参数，将步骤32构造的候选块集合中的匹配块分成内点和异常点，得到最大数量的内点集合即为疑似篡改区域。

所述步骤5如下：

步骤51：构造形态学滤波结构元素；