基于取证问题的此种特性,研究者尝试对网络的输入进行改进,添加预处理层(或信号增强层)放大类间差别,此种尝试取得较好的检测效果。典型案例为Jiansheng Chen, Xiangui Kang等发表的文章“Median Filtering Forensics Based>1.相机源取证
相机源取证研究的问题在于如何有效区分图像采集所使用的设备型号或模式,相机源取证可以在一定程度上解决图像版权问题,例如一副具有版权保护的图像未经过作者授权被重新拍摄并发布,可以利用相机源取证技术区分图像是由原始相机拍摄还是其他相机拍摄,从而判断图像版权所属。
不同厂商生产的数码相机之间存在着差异,相同厂商生产的不同型号的数码相机之间也存在着差异,已有的传统方案通过提取不同的相机存在的指纹特性实现对相机源的取证。Luca Baroffio, Luca Bond等人首次提出利用卷积神经网络的方法解决相机源取证问题。文章所使用的网络结构参数如图2所示。该结构使用了三个卷积层和两个全连接层的结构,网络结构与AlexNet结构相似。根据文章报告的实验结果,在相机源取证的benchmark库中测试,对于27种相机模式分类的准确率在94%以上。
图2. 基于深度学习的相机源取证算法网络结构参数
2.中值滤波图像取证
中值滤波图像取证问题一直被图像取证领域所关注,取证目的是对图像是否经历过中值滤波操作进行判定。在图像经过篡改之后,为了去除篡改引入图像中的特性,通常会对图像进行中值滤波操作,从而隐藏篡改操作痕迹。图像是否经历过中值滤波操作对于判断图像篡改历史提供了重要线索。传统的图像中值滤波取证算法对于小尺寸图像和做过压缩后处理的图像性能有待提高。
Jiansheng Chen, Xiangui Kang等人首次提出利用深度学习解决中值滤波取证问题,该工作发表在Signal Processing Letters IEEE, 2015。与此同时,这也是深度学习应用在取证领域的第一个工作,为后续深度学习在取证领域的发展起到了重要的借鉴作用。该工作对网络的输入图像做了预处理操作:
x(i , j)表示原始图像, medw(.)表示中值滤波操作,其中中值滤波窗口大小为w,d(i , j), 代表中值滤波图像与原始图像的差值图像。做这样预处理的动机来源于之前传统方案的设计。通过预处理操作,去除图像内容对检测性能的影响同时也起到了放大图像噪声信号的作用。预处理操作的效果图如图3所示:
图3. 原始图像、差值图像、中值滤波图像与原始图像的差分图像示例展示
(a)(b)(c)三幅图像分布代表原始图像,差值图像以及中值滤波与原始图像的差值图像。从图3(c)中可以看出中值滤波后的差值图像中对原始图像内容的反映几乎去除。
图4. 中值滤波深度网络结构图
图4中展示了该工作提出的网络结构示意图。滤波层实现的是式(1)的操作,紧接着的网络结构与AlexNet结构类似,5个卷积层以及3个全连接层。根据文章中报告的实验结果,对于压缩的小尺寸图像(64x64、32x32)该方法实现了最好的检测准确率。为了测试滤波层的作用,作者在使用滤波层和不使用两种情况下进行了对比实验,实验结果显示滤波层对于检测准确率有7.22个百分点的提升。
基于Jiansheng Chen, Xiangui Kang等人的工作,Belhassen Bayar,Matthew C. Stamm提出一种新的卷积结构。作者尝试利用新的卷积结构捕获图像操作过程中引入的图像临近像素之间相关关系的变化,于此同时尽可能压缩图像内容对于图像操作引入的像素相关关系的影响。为了实现这样的卷积结构设计,作者对卷积核的属性进行了限制,使得网络结构可以自动学习预测误差滤波器集合,从而抑制图像内容的影响同时捕获操作特性。限制条件如公式(2)所示: