快速匹配在图像取证的应用开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1.前言 随着多媒体技术及网络的迅速发展，人们的生活和工作发生了巨大的变化，我们每天都会接触到海量的信息比如数字图像、数字化的视频信号、医学图像、遥感图像、新闻图片等信息。图像信息的研究将对多媒体数字图书馆、医学图像管理、卫星遥感图像和计算机辅助设计和制造、地理信息系统、罪犯识别系统、商标版权的管理等等方面提供了有力的支持。图像数据库研究的核心技术是图像检索，然而，由于这些图像是无序地分布在世界各地，图像中包含的信息无法被有效地访问和利用，海量信息处理已经面临瓶颈。这就要求有一种能够快速而且准确地查找访问图像的技术，也就是所谓的图像检索技术。 图像匹配， 是指在计算机视觉识别过程中，把不同的传感器或是同一传感器在不同时间、不同成像条件下对同一景物获取的两幅或多幅图像，进行比较找到该组图像中的共同景物；或者根据已知模式到另一幅图中寻找相应的模式。图像匹配技术是数字图像处理领域的一项重要研究，已经在计算机视觉、虚拟现实场景、航空航天遥感测量、医学影像分析、光学和雷达跟踪、景物制导等领域有着重要的应用价值。 数字图像取证是判断数字图像有没有被篡改的技术。通过对图像统计特征的分析来判断数字图像内容的真实性，完整性和原始性。数字图像取证技术是对源于数字图像资源的数字证据进行确定、收集、识别、分析及出示法庭的过程。 区域匹配是图像检索、图像分析、图像识别的基本操作，其效率和性能的高低决定着图像处理的质量和效果。图像匹配的准确性和实时性是现今在具体应用上存在的一对矛盾体，如何在保持匹配准确性的同时，提高其匹配速度是现阶段急需解决的问题，也是目前对匹配算法的研究重点。快速匹配在图像取证中的应用问题，就是研究在保证图像匹配精度的前提下尽量提高匹配算法的速度，并将改进的算法用于图像取证问题，在单张图像中定位疑似修改区域。

2.发展和研究现状 图像匹配在近几十年来一直是人们研究的热点和难点，最早的研究是在70年代美国从事飞行器辅助导航系统等军事应用研究中提出来的。经历了10多年的发展，从80年代以后，其应用逐步从原来单纯的军事应用扩大到其它领域。 国内外现阶段对图像匹配研究主要是以提高匹配的精度和速度为主，同时对匹配方法的通用性及鲁棒性也有一定要求。已研究比较多的匹配方法主要分为基于图像灰度的匹配方法和基于图像特征的匹配方法。 对于基于区域的图像检索，传统的匹配方法是两层结构的，第一层是区域相似匹配，采用类似全局图像检索的点对点方式，不同的是该方式的匹配对象是区域；第二层是图像相似匹配，采用简单相加平均法，即将区域相似度取均值得到图像相似度。以上的相似匹配都是建立在图像低层特征(颜色、纹理、形状等)基础上的，具有相对直观的特点。语义内容是高层次上的特征，具有相对主观抽象的特点。目前的相似匹配研究即距离度量研究主要集中在低层次上特征，高层次(语义层)的距离度量只是仿效低层次上的做法，对该层距离度量有针对性的研究还是较少。因此，这种计算方法与人眼视觉系统所具有的测量性能存在一定差距，对图像相似度计算方法的研究仍是一个难点。 从上述分析可知，一方面匹配问题是研究热点，另一方面也说明匹配问题仍然有许多技术难题没有解决且急需解决。在上千种算法中，匹配问题在准确性、鲁棒性两方面几乎找不到通用的、一劳永逸的算法。

3.匹配过程(1)用户提交一幅样本图像；(2)采用图像处理的分割技术对样本图像进行分割，把一幅图像分成若干个同质的区域；(3)提取区域特征组成特征向量；(4)与库中图像的特征向量进行比较，按相似度由高到低返回结果。图像分割的质量对检索的两个关键步骤一图像内容描述(区域特征提取)和相似度比较都有很大的影响。区域特征通常采用区域内各象素特征的统计向量表示：图像间的相似性一般由区域的相似性以某种方式组合得到。为了提高系统的检索性能，还可以引入相关反馈技术，利用反馈信息调整用户输入或者相似度量准则。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.拟研究或解决的问题 常用的图像区域匹配是是逐块比对，处理的时间复杂度为o(n^2)，且在处理防射变换，透视变换时容易出错，而且还依赖于手工阈值设定。本课题的主要内容是对常见的逐块匹配进行改进，考虑防射变换和透视变换，采样多个区域，在这些区域选择绝对值差最小的区域为最佳匹配区域。并以此为基础，在一张图像中搜索自相似区域，对图像中包含的相似区域进行认定。 课题难点在于：（1）图像分割得到的区域往往不能形成有意义的物体：区域匹配不能完全符合用户对相似性的语义理解。（2）目前的相似匹配研究即距离度量研究主要集中在低层次上特征，高层次(语义层)的距离度量只是仿效低层次上的做法，对该层距离度量有针对性的研究还是较少。

（3）需对传统的逐块匹配算法进行改进，考虑带仿射变换，透视变换和光照变化的算法并评估其时空复杂度。把快速匹配运用于图像认证，定位疑似被修改的区域。

2.拟采用的研究手段（途径） 通过查阅相关的文献资料，利用现有的实验条件，完成快速匹配在图像取证的应用，然后进行相关调试以及性能测试实验，从而使该系统能够满足原设计要求。（1）研究方案： a 开发工具选择 本次设计所用的开发工具是matlab，它是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如c、fortran）的编辑模式。