图像边缘虚假特征问题研究

摘 要 随着互联网的快速发展和数字成像设备的普及，数字图像已经成为人们主要的信息来源。借助于先进的图像处理技术，可以便捷地对数字图像进行编辑和修饰。然而，人们在享受着修改图像所带来的好处的同时，也饱受着伪造图像所带来的困扰。近年来图像篡改事件日趋增多，伪造图像已出现在新闻媒体、政治活动、科技论文、医疗记录、财务文件等诸多领域中。在公安工作中，通过对时下送检案子中伪造图像的特征进行分析发现，图像多为翻拍图像和非数字图像。在图像真实性检验过程中，现有数字图像取证技术难以施展，同时，在公安工作中，图像真实性检验虽有较为完整的检验流程和检验规范，面对愈加复杂的伪造图像，检验方法存在明显不足。随着法制化进程的发展，图像作为重要的诉讼证据，其真实性检验方法亟需完善，证明力有待提高.本文选题为图像边缘虚假特征问题研究，是在国内外现有图像真实性检验的理论基础上，研究常见的图像边缘虚假特征问题，重点解决图像真实性的模糊问题，挖掘图像真实性检验理论的实用重点。

关键词：数字图像    虚假特征 真实性检验

分类号：TS103.811;TP391.41

通常，图像边缘锐利的特征常被推断为疑似拼接痕迹，一副原始照中不同景物的边缘轮廓一般过渡自然，没有明显的分界线，而合成照片在制作过程中，由于背景复杂或技术不熟练等原因，建立选区时边缘常会出现不自然的露白或黑边等特征，此特征会反映在合成区域的边缘上，肉眼分辨时存在偏差，常产生视觉误差。所以在图像的篡改中，为了使照片的拼接边缘处过渡自然，常常会用到图像处理方法进行修改，以使拼合照片的边缘变得柔和。在可疑照片的鉴别过程中，我们常凭图像中疑似拼接痕迹的轮廓特征作为判断照片真假的依据之一，通过放大后进行仔细的观察，对比照片图像边缘有无其他杂色、景物的线条是否连续等，特别是一些直线性的物体边缘在照片拼接时容易出现衔接错位或者棱边显得粗糙的现象，从中可发现其变造或伪造的痕迹。但研究发现真实图像中也会出现这样的特征，所以不可单凭此特征作为照片真实性检验的判断依据。

一、 视觉心理学实验

侧抑制效应是动物视神经中普遍存在的一种现象，在1868年由马赫首次提出并在1932年由H.K哈特兰和C.H格雷厄姆发现的。侧抑制指的是在视觉神经细胞中，当细胞A受到光照刺激引起兴奋时，再用光照射临近的细胞B，这时，细胞A由于受到光照而发出的脉冲频率就会下降。这是由于细胞B的兴奋抑制了细胞A的兴奋，同样，刺激细胞A也会抑制细胞B的兴奋。

侧抑制的效果可以通过图1.1说明，在图中，我们可以看到交叉处隐约出现的灰色圆点，这是因为交叉处有四个黑色的方块，而白条处只有两个黑色的方块，交叉处受到的抑制效果更强，出现了细胞的抑制现象，因此会使人眼产生错觉，认为交叉处有灰色的圆点。

侧抑制有利于视觉从背景中分离对象，尤其在观察物体的边角和轮廓时会提高视觉的灵敏度，使对比的差异增强，因此，在检验这类照片的过程中，会产生人像与背景分离的假象。同时，数码成像系统在初期采用的CFA插值算法有最近邻插值、双线性插值以及三次样条插值等方法，这几种方法都是对每一个彩色平面进行相同的插值算法，由于彩色滤波阵列中颜色和红色、蓝色的数量不同且位置不同，此类算法在图像平滑区域得到的插值结果较好，但同时也会在图像边缘、纹理区域出现锯齿和虚假色的现象。

二、边缘轮廓角度分析虚假特征

由图2.1的实验比对我们可以发现，同样的一幅人像，图2.1a中的人物与背景的过渡要比图2.1b中的更加自然，也就是说图2.1b的侧抑制效应要更强烈。在图2.1b中，我们人为地降低了图像的像素数量，也就是说在人物与背景的边缘交界处，原图2.1a中将会有更多的像素数量进行过渡，而图2.1b中只有少数几个过渡像素，这就造成图2.1b中的边缘较图2.1a来说更加锐利，边缘像素比对图如图2.2所示，所以图2.1的人像与背景过渡突兀，从而导致了其疑似拼接痕迹的特征。

数码图像在图像边缘存在一个边缘过渡区，也就是说自然图像中不会存在理想的边缘，过渡区的宽度至少是1个像素宽。根据侧抑制的作用机理，临近的细胞受到的刺激会抑制周围的细胞，因此，当图像边缘越锐利清晰时，人眼的侧抑制作用就越强烈，因此，图5.8b的错觉相对5.8a来说要更加明显。

三、实验总结分析

通过实验，分析了一副待检图像不能直观的仅凭图像轮廓特征疑似拼接痕迹就判定图像真伪的原因，同时从多角度实验加理论地分析论证了：真实的照片在对图像进行了压缩、改变像素数量、改变图像大小等操作后也会出现此特征的情形。所以，为了避免侧抑制效应对检验结果造成不良影响，我们应保持原始图像中人物与背景之间边缘的过渡信息，避免或者减少对图像进行压缩、改变像素数量、改变图像大小等操作。在处理网络图像、压缩过的图像等丢失边缘过渡信息的图像时，要考虑侧抑制效应对主观判断产生的影响，避免得出错误的结论。对照片的边缘特征进行检验时（对于纸质照片可将照片扫描后），使用图像处理软件或具备放大缩小功能的图像查看工具将数字照片扩大一定倍数（如400～1000倍，扩大的倍数按照片的分辨率大小而定）后观察，照片出现马赛克效果，没有进行过羽化处理的部位色彩边缘锐度比较高、色彩过渡比较明显，而进行过羽化处理的部位色彩边界模糊、具有色彩渐变的晕染效果。这是因为，羽化的实质是对选区边缘的像素进行模糊和改变透明度，它会使边缘部位像素变得模糊以至于丟失细节信息，因此可以根据羽化特征发现其变造的范围。

四、结语

图像通过视觉贯通认知，记录内容的真实与否决定着证据价值的大小与否，真实性的检验既是证据信息的提炼，这关系到民事纠纷或刑事侦查的方向，这使得图像在侦查破案和诉讼审判中更加发挥着举足轻重的作用。篡改图像的检验需要科技手段的更新，更需要专业检验知识的更新和强化，以此方可对抗篡改行为。本文通过对图像边缘虚假特征研究分析，优化了篡改图像的检验方法，加强了真实性检验理论的实践，为今后篡改图像的真实性检验提供了可行性参考，可提高公安工作中真实性检验的效率，为检验提供更具可操作性的方法，更具说服力。

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作者简介

作者简介：邵珠镇，男，汉族，硕士研究生学历，山东司法警官职业学院教师，毕业于中国刑事警察学院公安技术专业，刑事科学技术声像检验方向，师从中国刑事警察学院声像资料检验系王志群教授。

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