JPEG地質(zhì)資料篡改檢測(cè)算法及應(yīng)用研究.pdf

1、地質(zhì)資料是地質(zhì)工作成果的具體體現(xiàn)和歷史記錄，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)發(fā)展不可缺少的寶貴財(cái)富。近年來(lái)，隨著全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)與數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，地質(zhì)資料的儲(chǔ)存、服務(wù)和管理等方式也發(fā)生了很大變化，全國(guó)各省局地質(zhì)資料館都展開(kāi)了大規(guī)模的地質(zhì)資料圖文數(shù)字化工作。目前，針對(duì)數(shù)字化地質(zhì)資料在匯交、分發(fā)等過(guò)程中的真實(shí)性鑒別需求，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心組織開(kāi)展了數(shù)字水印技術(shù)在地質(zhì)數(shù)據(jù)成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理中的應(yīng)用研究，然而，該技術(shù)需要資料提供方主動(dòng)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理

2、以及提供認(rèn)證信息，很大程度上限制了其應(yīng)用。針對(duì)上述應(yīng)用與現(xiàn)有技術(shù)存在的局限性，本課題提出了基于盲檢測(cè)技術(shù)的數(shù)字化地質(zhì)資料檢測(cè)，它是一種不依賴于數(shù)字簽名或水印信息的圖像真實(shí)性、完整性、原始性檢測(cè)技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文圍繞JPEG地質(zhì)資料的真實(shí)性檢測(cè)問(wèn)題，從篡改方式與圖像格式入手，在系統(tǒng)地總結(jié)和分析現(xiàn)有盲檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)JPEG地質(zhì)資料真實(shí)性檢測(cè)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，提出了三種JPEG地質(zhì)資料盲檢測(cè)算法，并對(duì)不

3、同類型數(shù)字化地質(zhì)資料進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較與分析，驗(yàn)證了提出方法的有效性。論文的主要工作成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了基于SURF算法的JPEG地質(zhì)資料復(fù)制-移動(dòng)篡改檢測(cè)算法。針對(duì)傳統(tǒng)復(fù)制-移動(dòng)篡改的塊匹配檢測(cè)算法普遍存在的計(jì)算量大、無(wú)法分辨被復(fù)制區(qū)域與篡改區(qū)域、以及篡改區(qū)域定位不精準(zhǔn)等問(wèn)題，本文提出了一種基于SURF算法的JPEG地質(zhì)資料復(fù)制-移動(dòng)篡改檢測(cè)方法。首先運(yùn)用SURF算法提取圖像的特征點(diǎn)和特征描述符，根據(jù)特征

4、描述符之間的歐氏距離進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，定位復(fù)制-移動(dòng)區(qū)域;然后根據(jù)JPEG壓縮特性，提出塊偽影矩陣因子FBACM的計(jì)算方法;最后通過(guò)比較復(fù)制-移動(dòng)區(qū)域FBACM值的大小定位篡改區(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較DCT和PCA塊匹配算法，該方法無(wú)論在算法計(jì)算復(fù)雜度、魯棒性以及篡改區(qū)域定位的準(zhǔn)確性上都具有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　(2)提出了基于ASAD的JPEG地質(zhì)資料篡改檢測(cè)算法。針對(duì)JPEG地質(zhì)資料可能的Inpainting與拼接篡改操作，根據(jù)篡改后

5、保存格式的不同對(duì)其進(jìn)行分類，并通過(guò)對(duì)不同篡改方案進(jìn)行仿真和可行性分析，提出了一種基于ASAD的JPEG地質(zhì)資料篡改檢測(cè)算法。該方法通過(guò)以不同JPEG質(zhì)量因子壓縮待檢測(cè)圖像，并計(jì)算他們與原始圖像差的絕對(duì)值之和的均值來(lái)檢測(cè)篡改區(qū)域。此外，在實(shí)驗(yàn)部分對(duì)算法涉及的參數(shù)選擇進(jìn)行了討論與研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)于拼接與Inpainting篡改后并以JPEG或無(wú)壓縮格式保存的篡改方案均有效，且算法魯棒性以及篡改區(qū)域定位準(zhǔn)確性均高于BAG提取方法。

6、
　　(3)提出了基于首位數(shù)特性的JPEG地質(zhì)資料篡改檢測(cè)算法。針對(duì)DCT和JPEG單壓縮系數(shù)首位數(shù)的概率分布特性，研究了基于單壓縮系數(shù)首位數(shù)分布的通用Benford法則模型，結(jié)合該模型分析不同壓縮歷史JPEG系數(shù)首位數(shù)的概率分布特性，提出了一種基于首位數(shù)特性的JPEG地質(zhì)資料篡改檢測(cè)算法。該算法將篡改區(qū)域檢測(cè)看作是一個(gè)二分類模式識(shí)別問(wèn)題，首先將待檢測(cè)圖像進(jìn)行子圖像提取操作，然后計(jì)算每個(gè)子圖像JPEG系數(shù)部分AC mode的首位數(shù)

7、概率分布作為特征向量，結(jié)合支持向量機(jī)(Support Vetcor Machine，SVM)分類器對(duì)圖像中的所有子圖像進(jìn)行分類，判斷給定JPEG地質(zhì)資料是否被局部篡改，并自動(dòng)定位篡改區(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)于“JPEG+無(wú)壓縮”“JPEG+JPEG”“JPEG+Inpainting”等三種常見(jiàn)的地質(zhì)資料篡改均有效，且算法性能明顯優(yōu)于SAD和BPPM算法。
　　綜上所述，本文的主要工作集中在數(shù)字化地質(zhì)資料真實(shí)性檢測(cè)的盲取證技術(shù)研