利用数字图像原始性与真实性鉴定图像真伪方法研究

张雁翔 罗孔武

利用数字图像原始性与真实性鉴定图像真伪方法研究

张雁翔 罗孔武

（东莞市公安局厚街分局，广东东莞523960）

随着数字影像技术的广泛应用，计算机科学的成熟与发展，利用计算机处理技术变造图像，伪造图像已经变得司空见惯。本文从数字图像的原始性与真实性入手，对常见的伪造数字图像方法进行分析研究，通过对数字图像的原始信息检验、图像内容间景深关系检验、光照方向一致性检验、图像中成像透视比例检验等检验方法，以求证数字图像文件的原始性与真实性。

伪造图像图像鉴定检验方法

数字影像证据作为一种特殊形式的物证，以利用相关介质，记录或存储有关客体的影像、音频与相关数据，客观生动地反映被摄客体的特征，直观再现案件发生的时间、环境及发展过程。然而，作为电子证据，数字图像极易通过拼接、删除、添加、替换等方法被篡改，并且由于现代科技的发展，图像软件层出不穷，伪造的手段和方法也日趋高明，各类新型犯罪活动越来越猖獗。这些伪造的数字图像“无中生有”，不仅破坏正常的社会生活秩序，甚至阻碍正常司法诉讼。因此，刑事技术人员必须研究数字图像的原始性与真实性特点和伪造数字图像的检验鉴定技术。

1 数字图像的原始性与真实性

（1）图像的原始性。图像与其形成时的原始信息相一致，就是没有经过处理过的图像。

（2）图像的真实性。图像与形成时的原始状况相一致。只要没改变图像的原始状况，而仅对一些信息如时间、曝光等参数的改变将不会改变图像的真实性。

（3）图像的审查。审查判断主要包括数字图像采集、输入、处理、输出、保存几个方面。数字图像采集需要查验数字影像制作者、使用设备、采集环境，判断图像的合理性和合法性；数字图像输入则需要了解输入设备或途径；数字图像处理方面需要确认处理对图像的原始性、真实性的影响；数字图像输出需要检验输出的形式，如打印、扩印、印刷、显示和网上传输等；图像保存需了解保存方式和保存条件。仔细了解案情和诉讼过程，全面掌握案件的发生、发展、变化过程，对和数字图像资料有关的细节尤其要详细记录。如果破坏了数字图像的原始性，它就失去作为证据使用的资格。

2 伪造数字图像的类型

伪造数字图像大致分为变造图像与伪造图像。所谓变造图像是指将图像局部的内容进行消除、删除、添加、替换、缩放或移位。伪造图像是指利用多幅图像进行编辑，重新合成为一张新的图像。根据伪造、变造数字图像检验内容的不同，可分为三类：

（1）图像中内容的添加。在一幅图像的某个背景中镶嵌入另一幅图像的某个形象内容，形成图像内容的添加效果。图像内容的添加可造成本不在此处的某人（或物）到过此地的效果，以达到某种特殊的目的。

（2）图像中内容的减少。将一幅图像中的某一形象消除，造成原画面中某一对象不在现场或现场背景中的某些景物被减少的效果。图像中内容的减少可造成原本来过此处某人（或物）不在此地的效果，以达到某种特殊的目的。

（3）图像中内容的变换（克隆图像就是该变造方法的具体应用）。将一幅图像中的某一形象换成另一幅图像中的形象，形成图像内容的变换，这种变换也被称为拼接性伪造。图像中内容的变换可造成一种无中生有的效果。将另一幅图像中的人头像置在另一幅图像中的人身体上，这是诽谤或诈骗犯罪中作案人的常用方式。其变换一般也是通过抠像、复制、羽化、粘贴、修整等步骤完成。

3 数字图像的原始性检验方法

数字图像的原始性是指图像与其形成时的原始信息的一致性，就是图像没有经过任何形式的处理。图像的原始信息包括：图像的EXIF（ExchangeableImageFile）信息；图像亮度、对比度、色彩平衡、饱和度和清晰度等；图像文件信息，如图像的尺寸及分辨率、压缩比等。不同的图像，其原始信息不一致，原始信息的变化意味着图像原始性的改变。

3.1 通过检查图像原始信息检验

多数数码相机在生成数字影像的同时，都在其图像格式中记录下相关的EXIF信息，当图像被编辑或修改时，这些信息就会发生变化，因此可以简单地通过查看EXIF信息判别图像的原始性。

EXIF是一种图像文件格式，只是文件的后缀名还是沿用大家熟悉的jpg而已。实际上，EXIF信息就是由数码相机在拍摄过程中采集一系列的信息，然后把信息放置在我们熟知的jpg文件的头部，也就是说EXIF信息是镶嵌在JPEG图像文件格式内的一组拍摄参数。

此外，不同的相机采用图像格式的压缩方式、分辨率一致，也可以通过横向比较同样质量的文件尺寸、分辨率等信息判别图像的原始性。

3.2 利用直方图检验

灰度直方图是反映一幅图像中各灰度级与各灰度级像素出现的频率之间的关系。正常情况下，拍摄的直方图是一条连续而平滑的曲线。当对图像进行调整时，这条曲线就会发生一定的变化，出现非正常的形状，因此可以通过直方图的形状来检验图像的原始性。

3.3 利用图像压缩比检验

由于JPG格式是一个开放的图像格式，数码相机生产厂、图像处理软件公司，它们对JPG格式的编码方式都不相同，数码相机厂商为了追求压缩比，往往采用较大倍率的有损压缩。而图像软件为了保证图像质量，压缩比较小，这样经过图像软件编辑前后的图像的文件大小就不一致。通过与其它图像文件大小比较，可以初步鉴别图像的原始性。

3.4 通过检测CFA插值的修改检验

对于单层CCD的数码相机，为了再现彩色，彩色需要使用彩色滤色片阵列（ColorFil⁃terArray）插值来实现，不同的相机，滤色片的排列顺序、参数不同，具有特殊性。因此可以通过检验影像的像素的彩色分布，来检测图像各像素彩色贡献分布的一致性，进而判断图像的原始性。

4 数字图像的真实性检验方法

数字图像的真实性是指图像与形成时的原始状况相一致。只要没改变图像的原始状况，而仅对一些信息如格式、压缩率、亮度、对比等参数的改变将不会改变影像的真实性。同时，视频影像与静态图像的真实性检验类似，主要检验视频图像是否经过伪造、变造或编辑、修改，与静态图像不同的是，视频图像的连续性与否也属于真实性的一个重要环节。

4.1 图像内容间景深关系的检验

利用景深关系检验主要是根据在同一张照片上只有唯一的焦平面和固定的景深。根据焦平面的性质，一张照片只存在一个影像中心，即只有一个清晰的平面。往往在添加性伪造照片中，添加的部分所在的照片景深和原始照片中的景深不一致，或者添加部分与所在影像焦平面的位置关系和添加到的部位与焦平面的位置关系不一致。这一特性，为检验影像真伪提供依据。

4.2 光照方向一致性法检验

利用摄影用光时产生的光照效果的一致性来检验影像的真实性。具体方法是对图像中各个景物在摄影用光照明方向上形成的阴影的方向、大小、强度、反差等进行分析，找出可疑点或差异点，进行数值量化检验，判断成因。

4.3 边缘特征检验

各种伪造图像，都会在形成新加入图像与原图像的结合点，这些结合点连接后形成的边线即为影像的边缘特征。为了消除或减弱边缘处的特征，往往使用羽化手段。羽化是通过创立选区与其周边像素的过渡边界，使边缘模糊。这种会使过渡显得更加自然，但是模糊会造成选区边缘上的一些细节丢失并生成一些规律的颜色统一的像素点，这是无法改变的。所以，利用局部的放大和描点可以很容易看出羽化的痕迹，并认定照片的不真实性。

4.4 拍摄成像的透视原理检验

透视关系是三维立体空间的景物在二维平面中的形状和位置关系。当拍摄的视点和视向确定后，图像中的透视关系是固定不变的。而且现实中客观存在的比例关系也会真实的反映在影像中。因此，当图像中出现画面局部影像违反透视关系时，可能是变造或伪造。

4.5 利用分辨率变化检验

由于图像的分辨率不同，当放大时，出现的马赛克效应不同。分辨率小的影像，只要放大几倍就能看到一个个正方形的影像，即马赛克效应；分辨率高的影像，放大数十倍才能看到一个个具体的像素。通过放大照片查看照片中的各个成像体的分辨率，可以检验添加性伪造照片。

对于拼接性伪造照片，由于各图像在拍摄时分辨率不同，因此通过放大照片即可看到人物与背景分辨率不同，从而鉴别出伪造照片。

4.6 利用物质成像的唯一性原理检验

不同的图像，在细节纹理特征上有着较大的差异。虽然很多图像从表面上没有太大的区别。但放大若干倍后，图像的细节特征就会显现出来。这种差异包括图像的纹理、噪点等细节特征。而这些特征是由摄像头的CCD，以及摄像设备的本身等条件决定的。由于这些条件绝对不可能相同，这就决定了图像细节的差异，故伪造图像必然在细节纹理上存在差异。

由于拍摄的时间地点光线条件的影响，以及照相机本身参数的改变还有人物景物背景等多方面因素相互作用才能形成一张完整的照片，所以要想得到两张完全相同的照片或者局部完全相同的照片都是不可能的。基于这种观点，我们可以这样认为，凡是存在整体相同局部不同或者整体不同局部相同的现象的照片都可以认定是经过修改过的照片。

综上所述，伪造数字图像的检验既有明确的科学理论根据，又有系统的检验方法，但是矛与盾是相辅相承的两个对立面，随着科学技术的提高，特别是各类应用软件的发展，图像伪造技术水平也在不断更新，这就需要广大刑事技术人员共同努力，发现更多、更有效的检验手段和方法。

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