光響應(yīng)不均勻性（PRNU）的出現(xiàn)背景及處理方法

李豐汐

摘 要：在多媒體發(fā)達(dá)的社會，以及共享理念的出現(xiàn)，每天通過社交媒體如朋友圈、臉譜網(wǎng)、照片墻、微博客等網(wǎng)絡(luò)平臺使得大量的照片信息流露于大眾視野。照片真實(shí)性越來越受到人們的關(guān)注。其中光響應(yīng)不均勻性（PRNU）是照片真實(shí)性參考的一個信號值，但如何進(jìn)行有效的PRNU壓縮也是廣大學(xué)者關(guān)心的問題，本文基于此提出了PRNU所出現(xiàn)的背景、提取信息所遇到的困境以及有效的壓縮方法。

關(guān)鍵詞：光響應(yīng)不均勻性；照片真實(shí)性；壓縮方法

1 照片光響應(yīng)不均勻性出現(xiàn)的背景

1.1照片的來源廣泛導(dǎo)致其安全性不夠

多媒體內(nèi)容的生成和共享量每天通過社交媒體（例如，臉譜網(wǎng)，照片墻，微博客等）或照片共享平臺（例如網(wǎng)絡(luò)相冊）等正在迅速增長，主要是由于輕松獲取視聽錄音技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)連接的快速便捷。一些專業(yè)人士以及業(yè)余愛好者每天在網(wǎng)絡(luò)上分享圖像和視頻。他們的廣泛傳播這些在安全方面也帶來的許多隱患和挑戰(zhàn)。

事實(shí)上，快速的進(jìn)入多媒體數(shù)字內(nèi)容的以及易于操作的發(fā)展數(shù)字取證調(diào)查方法是迫切需要的。當(dāng)內(nèi)容產(chǎn)生時與成像設(shè)備一起使用進(jìn)行惡意或犯罪意圖時，進(jìn)行照片分析評估是至關(guān)重要的，尤其是他們的真實(shí)性和完整性，最終阻止他們擴(kuò)散。在這種情況下，面臨的一個共同問題是調(diào)查員所面臨是相機(jī)來源屬性，即確定哪個部門接受了給定圖片。法院、警察部門、報(bào)紙和公司只是其中的一部分解決所有權(quán)歸屬糾紛的各方驗(yàn)證圖像的真實(shí)性。

1.2、照片可被匿名處理導(dǎo)致不真實(shí)

基于圖像水印的主動取證方法或比特流嵌入元數(shù)據(jù)并不總是適用于所有者身份的識別，或者可能很容易被愚弄。例如，水印必須在圖像起始處插入即使在經(jīng)歷過一些常規(guī)的轉(zhuǎn)換，例如旋轉(zhuǎn)、縮放或壓縮也是可以進(jìn)行辨認(rèn)的。相反，元數(shù)據(jù)操作在每個人的手中，只要點(diǎn)擊幾下，就可以對圖像進(jìn)行匿名處理，可以移除其拍攝信息的所有屬性。

1.3、照片響應(yīng)不均勻性出現(xiàn)的意義

以完全盲目的方式面對所有權(quán)歸屬，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一套適合于通過處理這樣的組件來提取圖像上留下的痕跡作為透鏡像差、彩色濾光片陣列（CFA）去馬賽克偽像、JPEG壓縮跡線或這些的組合形式。除了上述所有的盲方法，在最近幾年中，照片響應(yīng)不均勻性（PRNU）也引起了許多人的興趣，是由于其內(nèi)在的魯棒性[1]。照片響應(yīng)不均勻性主要是由于傳感器的硅缺陷和可以作為一個獨(dú)特的指紋傳感器為每個相機(jī)。這樣的指紋被嵌入到每一個拍攝的專用設(shè)備中，變成一個專業(yè)數(shù)碼單反相機(jī)（DSLR）或便宜的智能手機(jī)。

1.4照片響應(yīng)不均勻性（PRNU）提取信息的方式

事實(shí)上，PRNU指紋提取過程對自然圖像進(jìn)行了深入分析，噪聲提取后圖像內(nèi)容殘差的影響一直面臨著信號增強(qiáng)技術(shù)。此外，提取的PRNU跟蹤到裁剪、縮放和JPEG壓縮的固有魯棒性讓路于大量使用照相機(jī)PRNU指紋的方法設(shè)備識別。此外，基于聚類方法顯示了分離的可能性基于多個相機(jī)設(shè)備的圖片PRNU示蹤分析。

2 光響應(yīng)不均勻性（PRNU）提取信息的困境

2.1光響應(yīng)不均勻性（PRNU）壓縮的困境

在過去的十年中，數(shù)字設(shè)備極其快速的在網(wǎng)絡(luò)上獲取和分享的圖片的能力大大增加了網(wǎng)民們通過網(wǎng)路入口公開訪問數(shù)字圖像的幾率。Web上也顯著增加了數(shù)字圖像的數(shù)量。盡管這種技術(shù)的提升，優(yōu)勢也十分的明顯，已經(jīng)成為強(qiáng)制性的需要核實(shí)原圖以及這種方法共享的圖片。其中光響應(yīng)不均勻性（PRNU）是調(diào)查時的參考信號驗(yàn)證或識別哪一個相機(jī)設(shè)備拍攝照片正在分析中。雖是這樣，PRNU幾乎是白色形狀的噪音，因此很難壓縮存儲或大規(guī)模搜索，但這是調(diào)查場景頻繁的場景。為了解決這個問題，法醫(yī)界已經(jīng)發(fā)展起來一系列壓縮算法，其中高斯隨機(jī)預(yù)測已經(jīng)證實(shí)達(dá)到了最先進(jìn)的性能。

2.2 照片響應(yīng)不均勻性（PRNU）信息轉(zhuǎn)換的困境

執(zhí)行設(shè)備屬性的問題之一是通過PRNU在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用，但是在自然界PRNU信號本身的問題。而實(shí)際上PRNU的特點(diǎn)是弱乘性噪聲類信號[2]，確定性但以無損的方式有效地壓縮。大規(guī)模檢索設(shè)置需要存儲數(shù)千個引用指紋在全分辨率方面存在問題。存儲空間的數(shù)量。此外，當(dāng)噪聲從查詢圖像中提取的殘差需要相關(guān)數(shù)據(jù)庫中的所有參考指紋越多指紋和殘差的緊湊版本降低計(jì)算成本。在移動認(rèn)證中場景中，當(dāng)用戶想要驗(yàn)證其設(shè)備時通過將從圖片中提取的殘差發(fā)送到集中式數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證，限制數(shù)據(jù)量是通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來減少響應(yīng)時間來強(qiáng)制性的提高用戶體驗(yàn)。

3 光響應(yīng)不均勻性（PRNU）壓縮欲解決的方法

雖然之前光響應(yīng)不均勻也有提成相關(guān)解法[3]，但在本文中，我們提出了一種PRNU壓縮方法。適合JPEG圖像。在衰減時定制的抽取預(yù)處理步驟PRNU跡線已經(jīng)存在的頻率成分抑制JPEG壓縮圖像，這意味著減少PRNU數(shù)據(jù)庫的大小，或直接提取的殘差圖像下的分析，仍然確保高相機(jī)檢測能力。考慮兩個指標(biāo)：i）存儲空間/傳輸比特率；②計(jì)算復(fù)雜度。這些是實(shí)現(xiàn)高壓縮率的必要條件。邊界相機(jī)屬性復(fù)雜性。

由于圖像通常是JPEG壓縮的，高頻PRNU組件可能會損壞，從而造成低頻整體更具信息量。死區(qū)量化比二進(jìn)制提供更大的靈活性，特別是當(dāng)與熵編碼器配對時。利用第一個想法，它是可能的預(yù)處理PRNU跟蹤的抽取操作可達(dá)減少向量空間維數(shù)之前的一定比率隨機(jī)投影，仍然保留重要的相機(jī)設(shè)備信息。即使PRNU對JPEG壓縮具有魯棒性在設(shè)備識別或驗(yàn)證方面；JPEG壓縮引入的強(qiáng)量化高頻分量促進(jìn)介紹。通過抽取的低通濾波作為第一步管道，為了只保存那些頻率成分它載有關(guān)于原始的重要信息PRNU信號。

第二個想法基本上是在指紋之間妥協(xié)。二值化（即二進(jìn)制量化）和指紋消化（即只編碼突出的峰）。多虧了所提出的死區(qū)量化過程，這是可能的利用熵編碼器進(jìn)一步壓縮指紋在PRNU二進(jìn)制量化之后沒有證明是有用的。實(shí)驗(yàn)在控制JPEG下進(jìn)行壓縮，用JPEG圖像直接由攝像機(jī)的固件壓縮。JPEG圖像實(shí)際上被考慮時的投影，同時實(shí)現(xiàn)原始圖像時的最新狀態(tài)可用。

4 總結(jié)

本文在分析PRNU出現(xiàn)的背景前提下以及分析了PRNU發(fā)展的困頓下提出了一種PRNU的壓縮的方法。實(shí)現(xiàn)了與其他壓縮方法對比條件下也可以得到相同或更好的壓縮水平。為后來PRNU的發(fā)展提供了一種新的思路和方法。

參考文獻(xiàn)

[1]顏色解耦光響應(yīng)非均勻性噪聲融合凸優(yōu)化的圖像偽造檢測算法[J].孫力、黃正謙.測控技術(shù).2015（34）

[2]微光CCD相機(jī)的噪聲分析與處理[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào).2001（9）

[3]CCD像素響應(yīng)不均勻性的校正方法[J].陳迎娟、張之江、張智強(qiáng).光學(xué)精密工程.2004（12）