一种基于感光器件噪声指纹的溯源系统

技术领域

本发明涉及图像被动取证技术领域，尤其涉及一种基于感光器 件噪声指纹的溯源系统。

背景技术

经检索，中国专利号CN102118249A公开了一种基于数字摘要和 数字签名的拍照取证方法，该发明属于数字图像主动取证技术，需 要事先嵌入额外信息来进行取证分析，因此实际应用效果不够理 想；感光器件噪声主要包括固定样本噪声(FPN)和光感应不均匀噪 声(PRNU)，FPN是由暗电流产生的是指无光的情况下像素之间的差 异是一种加性噪声，其作为溯源依据是不可取的；而PRNU是由成像 传感器中的硅元素的同质性、均匀性不一致和制造过程的不理想产 生的，其PRNU也包含两部分，一部分是低频缺陷，是由光学表面的不平整、反射和折射等原因造成，不是传感器的固有属性，也不宜 作为溯源依据，另一部分是像素不一致性(PNU)，是PRNU的主要组 成部分，由传感器的硬件缺陷和硅片的非均匀性引起的，不受温度 和湿度等影响，是数码照片来源认证的最优方式之一；目前，随着 数码设备和图像处理软件技术的快速发展，人们已可以很轻松地获 取和修改数字图像，这也导致图像篡改和图像伪造现象屡见不鲜； 因此发明出一种基于感光器件噪声指纹的溯源系统变得尤为重要。

现有的数字图像取证和溯源技术，需要事先向图像中嵌入数字 签名或数字摘要等额外信息来进行取证分析，其应用场景受到限 制，针对一些犯罪违法场景，无法提供帮助；为此，我们提出一种 基于感光器件噪声指纹的溯源系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一 种基于感光器件噪声指纹的溯源系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于感光器件噪声指纹的溯源系统，包括参考图像采集模 块、参考图像PRNU降噪模块、均值计算模块、参考图像参考噪声值 获取模块、待测图像提取模块、待测图像PRNU降噪模块、待测图像 参考噪声值获取模块、阈值训练模块、相关系数计算模块和溯源判 断模块；

其中，所述参考图像PRNU降噪模块包括参考图像PRNU提取单 元、参考图像PRNU滤波单元和残留噪声获取单元；所述参考图像采 集模块用于利用可疑相机采集大量相片，并将每张图像作为参考图 像I

进一步地，所述参考图像PRNU降噪单元的具体降噪过程如下：

S1：给定某一图像I，计算其四级小波分解，得到每级小波分 解的水平细节分量h(i,j)、垂直细节分量v(i,j)及对角细节分量 d(i,j)；

S2：对每个子带小波系数四个不同尺度的W*W邻域N,W∈ {3,5,7,9},利用最大似然估计来计算其原始无噪图像小波系数的方 差，其公式如下：

然后，选择四个方差中的最小值最为最后的估计结果：

S3：利用维纳滤波器得到降噪后的小波系数：

再将v(I,j)和d(I,j)均采用上述方法进行计算；

S4：对每级小波系数都重复上述S1-S3步骤，最后对降噪后的 小波系数利用小波反变换重建降噪后的图像I

所述残留噪声获取单元用于对无噪图像F

N

进一步地，所述均值计算模块用于对残留噪声值N

所述参考图像参考噪声值获取模块用于提取参考噪值N

进一步地，所述待测图像提取模块用于提取需要进行取证待测 图像的PRNU；待测图像PRNU降噪模块用于对待测图像进行处理， 得到待测参考噪声值NP，其具体处理过程如下：

SS1：提取待测图像的PRNU，并利用维纳滤波器对待测图像进 行滤波处理，得到待测残留噪声值；

SS2：将待测残留噪声值与待测图像的PRNU做差值，得到待测 参考噪声值NP；

所述待测图像参考噪声值获取模块用于提取待测参考噪声值 NP，并将其发送至相关系数计算模块。

进一步地，所述阈值训练模块用于通过训练噪声样本得到鉴别 鉴别阈值T，其具体公式如下：

式中：

进一步地，所述相关系数计算模块用于参考噪声值N

式中：NP,N

进一步地，所述溯源判断模块将鉴别阈值T和相关系数ρ作为 溯源判断依据，若相关系数ρ大于鉴别阈值T，则表示待测图像来 源于该可疑相机；若相关系数ρ小于或等于鉴别阈值T，则表示待 测图像并不来源于该可疑相机。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明设置有参考图像采集模块和参考图像PRNU降噪模 块，其参考图像采集模块用于采集相机感光器件上的PRNU作为噪声 指纹，然后通过利用维纳滤波器对待测图像进行滤波处理，得到待 测残留噪声值，并将待测残留噪声值与待测图像的PRNU做差值，得 到待测参考噪声值NP，有利于提高后续溯源判断的准确性；

2、本发明利用的是照相机固有的特性——PRNU作为噪声指纹 来进行相机溯源，由于PRNU的唯一性，使得即使两个拍摄设备是同 一型号也能区分，进而有利于提高图像来源识别的准确率，准确区 分每一个拍摄设备个体；并且本发明属于图像被动取证技术，相较 于图像主动取证技术，其应用场景更加广泛，使用更加灵活。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的 限制。

图1为本发明提出的一种基于感光器件噪声指纹的溯源系统的 整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位 置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发 明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。

参照图1，一种基于感光器件噪声指纹的溯源系统，包括参考 图像采集模块、参考图像PRNU降噪模块、均值计算模块、参考图像 参考噪声值获取模块、待测图像提取模块、待测图像PRNU降噪模 块、待测图像参考噪声值获取模块、阈值训练模块、相关系数计算 模块和溯源判断模块；

其中，参考图像PRNU降噪模块包括参考图像PRNU提取单元、 参考图像PRNU滤波单元和残留噪声获取单元；参考图像采集模块用 于利用可疑相机采集大量相片，并将每张图像作为参考图像I

参考图像PRNU降噪单元的具体降噪过程如下：

S1：给定某一图像I，计算其四级小波分解，得到每级小波分 解的水平细节分量h(i,j)、垂直细节分量v(i,j)及对角细节分量 d(i,j)；

S2：对每个子带小波系数四个不同尺度的W*W邻域N,W∈ {3,5,7,9},利用最大似然估计来计算其原始无噪图像小波系数的方 差，其公式如下：

然后，选择四个方差中的最小值最为最后的估计结果：

S3：利用维纳滤波器得到降噪后的小波系数：

再将v(I,j)和d(I,j)均采用上述方法进行计算；

S4：对每级小波系数都重复上述S1-S3步骤，最后对降噪后的 小波系数利用小波反变换重建降噪后的图像I

残留噪声获取单元用于对无噪图像F

N

均值计算模块用于对残留噪声值N

参考图像参考噪声值获取模块用于提取参考噪值N

待测图像提取模块用于提取需要进行取证待测图像的PRNU；待 测图像PRNU降噪模块用于对待测图像进行处理，得到待测参考噪声 值NP，其具体处理过程如下：

SS1：提取待测图像的PRNU，并利用维纳滤波器对待测图像进 行滤波处理，得到待测残留噪声值；

SS2：将待测残留噪声值与待测图像的PRNU做差值，得到待测 参考噪声值NP；

待测图像参考噪声值获取模块用于提取待测参考噪声值NP，并 将其发送至相关系数计算模块。

阈值训练模块用于通过训练噪声样本得到鉴别鉴别阈值T，其 具体公式如下：

式中：

相关系数计算模块用于参考噪声值N

式中：NP,N

溯源判断模块将鉴别阈值T和相关系数ρ作为溯源判断依据， 若相关系数ρ大于鉴别阈值T，则表示待测图像来源于该可疑相 机；若相关系数ρ小于或等于鉴别阈值T，则表示待测图像并不来 源于该可疑相机。

本发明的工作原理及使用流程：该基于感光器件噪声指纹的溯 源系统，在使用前，需要通过参考图像采集模块采集可疑相机的大 量相片，并将每张图像作为参考图像I

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护 范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换 或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。