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期刊信息/Journal information
中国图象图形学报
中国图象图形学报

李小文

月刊

1006-8961

jig@irsa.ac.cn

010-64807995 8261442

100101

北京9718信箱

中国图象图形学报/Journal Journal of Image and GraphicsCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是集计算机图象图形高科技理论与应用研究成果、成果产品化与商情动态于一体的综合性学术期刊。是核心期刊、权威性杂志。作为中国图象图形学学会的会刊，利用学会在国内外广泛的科技信息渠道、全方位多层面的学科交叉应用，积极向产业界宣传科技成果，热心向科技界推荐最新产品。
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    检测小篡改区域的U型网络

    刘丽颖王金鑫曹少丽赵丽...
    176-187页
    查看更多>>摘要：目的 图像篡改区域检测是图像取证领域的一个挑战性任务,其目的是找出图像的篡改区域.传统方法仅针对某种特定的篡改方式进行设计,难以检测其他篡改方式的图像.基于卷积神经网络的方法能够自适应地提取特征,同时检测包含多种篡改方式的图像.但是其中多数方法都选择增强图像的噪声特征,这种机制无法较好处理篡改区域与原图像来源相同、噪声相似的情况.多数方法还忽略了篡改区域过小而产生的样本不平衡问题,导致检测效果不佳.方法 提出了一个基于区域损失的用于检测小篡改区域的U型网络,该网络构建了一个异常区域特征增强机制,放大与图像背景差异较大的异常区域的特征.此外,还利用区域损失增强对篡改区域框内像素的判别能力,可以解决因篡改区域过小而产生的样本不平衡问题.结果 消融实验说明了异常区域特征增强机制和区域损失机制的有效性;对JPEG压缩和高斯模糊的对抗性测试证明了模型的鲁棒性;在CASIA2.0(CASI-A image tampering detection evaluation database)、NIST2016(NIST nimble 2016 datasets)、COLUMBIA(Columbia uncom-pressed image splicing detection evaluation dataset)和COVERAGE(a novel database forcopy-move forgery detection)数据集上与最新方法进行比较时,本文方法取得了最优性能,其F1 score分别为0.9795、0.9822、0.9953和0.9870.结论 本文的异常区域特征增强机制和区域损失机制能有效提高模型性能,同时缓解篡改区域过小导致的样本不平衡问题,大量实验也表明了本文提出的小篡改区域检测方法的优越性.

    图像取证小篡改区域检测特征增强区域损失卷积神经网络(CNNs)U型网络(U-Net)

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    多关键帧特征交互的人脸篡改视频检测

    祝恺蔓徐文博卢伟赵险峰...
    188-202页
    查看更多>>摘要：目的 深度伪造是新兴的一种使用深度学习手段对图像和视频进行篡改的技术,其中针对人脸视频进行的篡改对社会和个人有着巨大的威胁.目前,利用时序或多帧信息的检测方法仍处于初级研究阶段,同时现有工作往往忽视了从视频中提取帧的方式对检测的意义和效率的问题.针对人脸交换篡改视频提出了一个在多个关键帧中进行帧上特征提取与帧间交互的高效检测框架.方法 从视频流直接提取一定数量的关键帧,避免了帧间解码的过程;使用卷积神经网络将样本中单帧人脸图像映射到统一的特征空间;利用多层基于自注意力机制的编码单元与线性和非线性的变换,使得每帧特征能够聚合其他帧的信息进行学习与更新,并提取篡改帧图像在特征空间中的异常信息;使用额外的指示器聚合全局信息,作出最终的检测判决.结果 所提框架在FaceForensics++的3个人脸交换数据集上的检测准确率均达到96.79％以上;在Celeb-DF数据集的识别准确率达到了99.61％.在检测耗时上的对比实验也证实了使用关键帧作为样本对检测效率的提升以及本文所提检测框架的高效性.结论 本文所提出的针对人脸交换篡改视频的检测框架通过提取关键帧减少视频级检测中的计算成本和时间消耗,使用卷积神经网络将每帧的人脸图像映射到特征空间,并利用基于自注意力的帧间交互学习机制,使得每帧特征之间可以相互关注,学习到有判别性的信息,使得检测结果更加准确,整体检测过程更高效.

    Deepfake检测人脸交换篡改视频关键帧层级结构多帧交互自注意力机制

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    块截断编码的图像自嵌入半脆弱水印算法

    王艺龙李震宇巩道福马世鑫...
    203-214页
    查看更多>>摘要：目的 数字图像自嵌入水印技术是解决图像篡改检测和恢复问题的主要技术手段之一,现有的自嵌入水印技术存在着认证粒度不高、嵌入水印后的图像失真较大,且无法抵抗滤波等操作.为提高图像自嵌入水印的认证粒度以及抵抗滤波等处理操作的能力,提出了一种基于块截断编码的图像自嵌入半脆弱水印算法.方法 水印生成与嵌入:首先,将图像进行块级别的二级划分,分别生成粒度为4×4和2×2的图像块;然后,利用块截断编码对每个4×4图像块进行压缩编码,生成2×2图像块的恢复水印,并对恢复水印进行哈希生成2×2图像块的认证水印;最后,将恢复水印和认证水印级联构成自嵌入水印,嵌入到映射块中.篡改认证与恢复:首先,将某个4×4图像块提取的水印与该块生成的水印比较,判别该图像块的2×2子块是否通过认证;最后,依据认证结果对2×2图像块实施恢复.结果 该算法产生的水印图像的峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)均高于44 dB,在50％的篡改率下,恢复后的图像质量可达到32.7 dB.该算法生成水印并在图像上嵌入大约需要3.15 s,恢复图像大约需要3.6 s.结论 算法利用块截断编码,有效缩短了生成的水印长度,保证嵌入水印后图像的质量.此外,通过引入的可容忍修改阈值,使得水印能够对滤波等图像处理操作具有一定的鲁棒性,同时保证对图像的恶意篡改具有敏感性.最后通过与最近典型方法的对比实验,验证了算法在嵌入水印后图像质量、恢复图像质量等方面的优势.

    半脆弱水印自嵌入块截断编码篡改认证篡改恢复

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    结合半张量积压缩感知的可验证图像加密

    温文媖洪宇坤方玉明张玉书...
    215-225页
    查看更多>>摘要：目的 物联网(internet of things,IoT)感知层获取数据时存在资源受限的约束,同时数据常常遭受泄露和非法篡改.数据一旦遭到破坏,将对接收者造成很大的影响,甚至可能会比没有收到数据更加严重.针对IoT数据获取面临的能耗和安全问题,提出一种基于半张量积压缩感知的可验证图像加密方法.方法 首先采用级联混沌系统生成测量矩阵和验证矩阵,测量矩阵以半张量积压缩感知的方式进行采样得到观测值矩阵.利用Arnold置乱观测值矩阵得到最终密文信号,与此同时由验证矩阵生成消息验证码一同在公共信道传输,将由级联混沌系统生成的测量矩阵、验证矩阵以及Arnold置乱的参数的初始种子作为密钥在安全信道上传输.结果 密钥空间分析、密钥敏感性分析、图像熵分析、直方图分析、相关性分析、身份验证分析、压缩率分析的实验结果显示:相比于两种对比方法,本文算法加密后图像的熵值更接近于8,而对应密文图像像素之间的相关系数更接近于0.结论 本文的可验证加密算法结合了半张量压缩感知的优点,在有效减少数据采样能耗的同时保证了数据在传输过程中的安全性与完整性.

    半张量积压缩感知消息验证机制级联混沌系统图像加密

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    引入超分辨率下采样误差的图像边信息估计隐写

    赵鑫王垚飞陈可江张卫明...
    226-237页
    查看更多>>摘要：目的 由于空域图像下采样过程中提供的量化误差边信息能够有效提升隐写安全性,为了得到下采样之前的高分辨率图像,提出一种基于超分辨率网络的空域图像边信息估计隐写方法.方法 受原始下采样边信息隐写方法的启发,使用超分辨率网络生成被称为预载体的高分辨率图像.同时利用现有的空域图像对称失真算法得到每个像素点的修改失真,然后以浮点型精度对预载体下采样,得到和载体同分辨率的图像形式,利用对应像素点间的差值指导像素点的修改方向,实现基于初始失真的非对称失真调整.首先以峰值信噪比和极性估计准确率为指标对比了多种超分辨率网络以及基于传统插值方法的上采样性能,并通过调整初始失真分别进行隐写和隐写分析实验,选择使安全性提升最大的残差通道注意力机制网络及其对应调整系数作为本文的下采样边信息估计隐写方法.结果 使用隐写领域中常用的3个数据库、两种传统初始失真函数以及两类隐写分析方法进行实验.在跨数据集的隐写安全性上,相比传统隐写方法,在对抗基于手工特征和基于深度学习的隐写分析时,本文方法的安全性均有显著提升,如在测试集载体图像上,嵌入率为0.5 bit/像素时,安全性分别提升6.67％和6.9％;在训练集载体图像上,本文方法的安全性在比传统方法有很大提升的基础上,甚至在一些情况下能够高于原始边信息隐写方法的安全性,如在对抗基于手工特征的隐写分析器且嵌入率为0.1 bit/像素时,安全性提升1.08％;在对抗基于深度学习的隐写分析器且嵌入率为0.5 bit/像素时,安全性提升0.6％.结论 实验表明,使用超分辨率网络作为下采样边信息估计的工具,并利用估计边信息调整嵌入修改的初始失真,能够有效提升传统隐写方法的安全性,并接近甚至在部分情况下超越了原始边信息隐写的安全性.除此之外,本文方法与原始边信息隐写方法具有不同的修改模式,而且具有更广泛的适用性.

    隐写边信息估计超分辨率网络下采样失真调整

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    无损载体和鲁棒代价结合的JPEG图像鲁棒隐写

    尹晓琳卢伟张俊鸿罗向阳...
    238-251页
    查看更多>>摘要：目的 传统隐写技术在实际社交网络信道上难以保护秘密信息的完整性.在社交网络中,图像往往经过有损压缩信道进行传输,从而导致隐蔽通信失效.为了保证经过压缩信道传输的载密图像鲁棒性,设计安全鲁棒的隐蔽通信技术具有实际应用价值.基于最小化图像信息损失,本文提出无损载体和鲁棒代价结合的JPEG图像鲁棒隐写.方法 首先,指出构造无损载体能有效维持隐写安全性和鲁棒性的平衡,对经过压缩信道前后的JPEG图像空域像素块进行差分,构造无损载体以确定鲁棒嵌入域;其次,通过对离散余弦变换(discrete cosine transform,DCT)系数进行"±1"操作,并计算空域信息在压缩传输前后的损失,设计衡量DCT系数抗压缩性能的鲁棒代价;同时,验证在低质量因子压缩信道下鲁棒代价更能区分DCT系数的鲁棒能力,最后,利用校验子格编码(syndrome-trellis code,STC),结合无损载体和鲁棒代价对秘密信息进行嵌入.结果 实验在BossBase1.01图像库上进行对比实验,相比于传统JPEG隐写技术,构造无损载体作为嵌入域能有效地将信息平均提取错误率降低24.97％,图像的正确提取成功率提高了21.35％;在此基础上,鲁棒代价进一步将信息平均提取错误率降低1.05％,将图像的正确提取成功率提高16.12％,验证了本文方法显著提高了隐写抗压缩性能.与J-UNIWARD(JPEG universal wavelet relative distortion)、JCRISBE(JPEG compression resistant solution with BCH code)和AutoEncoder(autoencoder and adap-tive BCH encoding)3种现有典型隐写方法相比,提出的方法信息平均提取错误率分别降低了95.78％、93.17％ 和87.38％,图像的正确提取成功率为另外3种隐写方法的86.69倍、30.74倍和4.13倍.图像视觉质量逼近传统隐写方法,并保持较好的抗检测性.结论 本文提出的抗低质量因子JPEG压缩鲁棒隐写方法,获得的中间图像在经过压缩信道后,具有较强的抗压缩性和抗检测性,并保持较高的图像质量.

    鲁棒隐写JPEG图像无损载体鲁棒代价校验子格编码(STC)

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    实离散分数Krawtchouk变换及其在数字图像水印中的应用

    刘西林吴永飞肖翔宇肖嘉龙...
    252-261页
    查看更多>>摘要：目的 传统Krawtchouk变换处理图像时存在变换域信息表示单一、不可调节等问题,传统分数阶Krawt-chouk变换处理实信号表示有冗余等问题.为了构造更加灵活的图像变换域表示,提出了实离散分数阶Krawt-chouk变换,并应用于数字图像水印.方法 利用对传统Krawtchouk变换矩阵特征值分解的方式,通过对分解后的特征值矩阵的实矩阵分数化构造得到了实离散分数阶Krawtchouk变换的变换矩阵,从而构造出实离散分数阶Krawtchouk变换.然后,利用所提变换从实数域变换到实数域这一特性,提出了在实离散分数阶Krawtchouk变换嵌入水印信息的图像水印算法.算法采用了图像分块处理的方式,对每个图像块的实离散分数Krawtchouk变换系数进行奇异值分解,将水印信息嵌入奇异值分解矩阵中,然后进行逆向实离散分数阶Krawtchouk变换得到嵌入水印后的图像.结果 通过比较所提实离散分数阶Krawtchouk变换域水印算法和传统Krawtchouk变换域水印算法,提取水印的平均错误率在中值滤波、均值滤波、高斯滤波、JPEG压缩和缩放攻击下,分别降低了12.39％、10.04％、18.50％ 、71.49％ 和17.60％.结论 实验结果表明,提出的实离散分数阶Krawtchouk变换域水印方案对中值滤波、均值滤波、高斯滤波、JPEG压缩和缩放等多种信号处理攻击具有较好的鲁棒性.

    实离散分数Krawtchouk变换(RDFrKT)Krawtchouk变换(KT)图像水印分数阶变换信息隐藏

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    中文水印字库的自动生成方法

    孙杉张卫明方涵俞能海...
    262-276页
    查看更多>>摘要：目的 文档水印技术是一种用以解决文档泄密溯源的信息隐藏技术.传统的基于字库的文档水印方案需要手动生成字库,极大地影响了水印的使用效率.为此本文设计了一种基于自动生成字库的鲁棒文档水印方案.方法 该方法由一个端到端的编码—解码器结构的自动字库生成网络、一个字符筛选嵌入端和一个神经网络提取端组成,可自动完成变形字库的生成,而后进行水印的嵌入和提取.为了抵抗传输过程中可能存在的失真,在编码器和解码器之间加入可导噪声层用以模拟失真过程,使得水印模型获得对应的鲁棒性.结果 本文方法在含252个中文字符的真实文档中嵌入252 bit水印信息,与其他文档水印方法的视觉质量和鲁棒性进行了对比.结果 表明,相对于现有的基于字符特征的中文文档水印方法,本文方法的峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)、结构相似性(structural similarity,SSIM)和主观质量评分分别提升了11.68 dB、0.08和5.8％,说明其有更好的视觉质量.对于数字信道传输场景,本文方法达到了与其他方法大致相当的性能;对于打印扫描场景,本文方法在三号、四号、小四号和五号字体下的水印提取率分别提升了2.4％、3.07％、1.34％和0.02％,在打印、扫描分辨率失配的场景下也具有较好性能,说明其在抗打印扫描上具有更高的鲁棒性.结论 与基于人工设计字库的中文字符水印相比,本文方法充分利用了字符的几何特征并且能够自动生成字库,降低了中文文档水印方案的复杂度.

    文档水印深度学习中文字库生成抗数字失真抗打印扫描

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    定长编码和哈夫曼编码的密文域可逆信息隐藏

    吴友情张睿灵汤进殷赵霞...
    277-288页
    查看更多>>摘要：目的 密文域可逆信息隐藏是一种可以在加密图像中嵌入秘密信息、保证秘密信息可以无错提取以及明文图像可以无损恢复的技术,越来越受到研究者们的关注,并广泛应用于云服务器端的用户隐私保护.针对密文域可逆信息隐藏算法中嵌入率不高的问题,提出一种联合定长编码和哈夫曼编码的密文域可逆信息隐藏算法.方法 使用定长编码与哈夫曼编码相结合的分组编码方式对原始明文图像高位平面进行压缩,通过重排列将空出空间排放在低位平面中,并使用流密码加密重排后的图像.然后将秘密信息嵌入密文图像低位平面的空出空间中.合法接收方可分离地实现秘密信息的无错提取以及原始明文图像的无损恢复.结果 实验结果表明,所提算法的嵌入率在UCID(an uncompressed color image database)、BOSSBase(Break Our Steganographic System)和BOWS-2(Break Our Watermarking System 2nd)这3个数据集上达到2.1234 bit/像素、2.4107 bit/像素和2.3803 bit/像素,分别比同类算法高出0.2466 bit/像素、0.0881 bit/像素和0.1356 bit/像素.结论 所提算法利用自然图像相邻像素间的相关性,对具有比特连续性的高位平面进行编码、压缩,从而为秘密信息的嵌入腾出更多空间,提升了嵌入率.

    可逆信息隐藏密文域定长编码哈夫曼编码分离的

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