影像掩盖和篡改现实,怎么判断影像胶片正反
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2018年，一段川普鼓励比利时退出巴黎气候协议的视频[1][2]在互联网上炸开了锅。
视频中，他直视摄像机说到：“亲爱的比利时人民，这是一件大事。如你所知，我有勇气退出巴黎气候协议，你也应该这么做。”
现如今，影像篡改伪造已经越来越常见，一些恶意的行为所带来的安全问题也越来越严重，如何有效地鉴别影像真伪成为了一个迫切需要解决的问题。鉴于此，云鼎实验室近年来一直持续在该领域上投入，协助腾讯慧眼产品提升了伪造图像识别的能力。现企划了影像篡改识别系列文章，为大家解惑其中的技术盲点。
2018年，一段川普鼓励比利时退出巴黎气候协议的视频[1][2]在互联网上炸开了锅。
视频中，他直视摄像机说到：“亲爱的比利时人民，这是一件大事。如你所知，我有勇气退出巴黎气候协议，你也应该这么做。”
此言论一出，立刻在国际舆论上掀起了轩然大波，许多人对美国总统毫不避讳地对比利时的气候政策发表意见表示愤怒……
尽管视频中的声音听起来有点像川普、照片看起来也似乎完全就是他本人，但事实上这并不是真正的特朗普，而是一个由比利时左翼政党sp.a制作并发布在Twitter和Facebook上的虚假视频。
众所周知，如今像这样的影像篡改是不胜枚举的，比如国内曾经著名的华南虎照片事件，还有网上铺天盖地的政客、明星恶搞视频……
当然，这些“作品”有的只是为了娱乐消遣，然而有的却是在欺骗公众，背后的影响足以误导社会舆论、牵动政局稳定，或者损害他人名誉及财产安全，那肯定不会是什么好事，人们应该引起足够的重视。今天我们就来聊一聊影像篡改那些事儿。
影像篡改的时代变迁随着时间的推移和技术的更替，影像采集、存储和传输等方式就像一场场的接力赛，每一次的变更都留下了深深的时代烙印，而相应的篡改技术也同样经历了如下三个阶段：
胶片时代：也称“前Photoshop时代”，纸质的照片需要在暗房内通过胶卷冲洗完成，而这一时期较为鲜有的影像篡改也是源于一种“暗房技术”实现的。
上图展示了一幅通过精密的暗房技术拼接而成的照片，或许我们很难想象在那个没有PS的年代也能制作出如此震撼的照片吧。
数字时代：最为人熟知的时代，数字影像的采集、存储能够即刻完成，不必像胶片时代那样需要专业的暗房处理，有一种“开盖即饮”的感觉，而凭借强大的网络通信技术也可以轻松地实现传输自由。当然，在这个时期也出现了许许多多的篡改工具，加速了虚假影像的蔓延，它们基本上都可以被概括为“PS技术”。
人工智能时代：一个技术革新的时代，影像篡改的方法得到进一步扩展，虚假的图片可以直接利用一种叫做“深度学习”的黑盒技术创造出来，而且它的视觉逼真程度更是令人叹为观止。
上图展示了一幅利用一个叫做StyleGAN的神经网络训练生成的图片，相信没有多少人能够轻易看出它是假的吧。
当然，这些令人难以置信的照片或许只能让人依稀感受到影像篡改的技术变迁，而对于每个时代的那些神秘技法依旧是充满未知的、令人着迷的。
那么，接下来就让我们首先走进胶片时代，感受一下暗房技术的魅力所在。
胶片时代的暗房技术是什么？“胶片”是一个富有年代感的词汇，自从1888年美国柯达公司制造出第一个柔软、可卷绕的胶卷以来，距今已有130多年的历史。
胶片本身是一种光敏成像材料，主要的作用是通过感光记录画面，而从胶片到相片还有一个最重要的环节就是暗房技术，那么暗房技术究竟是什么呢？
实际上，暗房技术指的是黑暗环境下的一系列照片冲洗技术。当然，冲洗过程需要用到一些器材，比如：放大机、计时器、安全灯、洗相盘、各种化学药水及相纸等，至于它们的使用方法，还是先来看看暗房里是如何工作[3]的？
（1）从相机的胶卷盒中取出卷绕的底片，利用化学药水依次进行显影、停影和定影处理，期间需要使用计时器来严格控制时间；（2）用温水冲洗已经显现影像内容的底片，去除上面的溶液残留之后挂起来晾干；（3）在安全灯光下，将底片置于放大机内，反复试验调整以确定理想的曝光时间；（4）使用放大机将底片上的影像印放到相纸上，相纸也需要控制时间进行显影、停影和定影处理；（5）在洗相盘中用温水冲洗相纸之后，擦干照片即可装裱使用。
当然，暗房技术还包括一些其他的处理，比如：减淡加深、曝光震动、多次曝光、刮擦底片、修饰底片（如上图）、模糊、上色、裁剪和拼接等。需要用到很多其它的辅助工具[3]，比如：喷枪、放大镜、浆糊、墨水、油漆、棉花、灯、刀具、调色板、刷子、橡皮擦、炭笔、刻度尺、胶带等等。
优秀的暗房师们在众多工具的协助下，可以使用二次曝光来拼接照片或底片、可以使用漂白剂照亮照片或完全清洗掉部分内容、可以使用画笔进行手工美术绘画……
事实上，这些技术手法一一对应着我们熟知的PS技术，这也就是为什么胶片时代又称“前Photoshop时代”，早在Photoshop出现以前就已经有了这些处理技术，PS只是数字化的延伸了暗房技术而已。
Photoshop工具图标的由来如今Photoshop软件的工具栏包含了各式各样的处理工具，然而有一些工具的图标却是让人啼笑皆非，比如：裁剪工具、画笔工具、减淡加深工具等[3]。
（1）裁剪工具的图标外观是比较难看的，它是一个能够始终保持长宽比例不变的滑动小装置，可以对图像进行裁剪和缩放处理，而它实际上来源于下图这个暗房工具。
（2）PS软件包含了画笔工具、历史画笔工具、修复画笔工具等各种类型的画笔，它们被广泛用于图像的编辑或修饰处理，而图标也同样来源于暗房中的画笔工具。
（3）减淡和加深这两个PS工具来源于暗房里的棒棒糖形状的工具，它们可以用来延长或者缩短曝光时间，让图像中任何区域变得更亮或者更暗，甚至渐变效果。
暗房大师的“上帝之手”
帕布鲁•伊尼里奥是一位世界著名的马格南图片社首席暗房师，当年许多经典作品[4][5]都出自他手，因此一向被誉为“暗房魔术师”。
上图是20世纪女神奥黛丽•赫本坐在汽车里的情景，可以看到，左边图上包含了大量的数字注释及线条，其实这些都是这位暗房师的杰作。
当然，这张相片经过多次曝光时间的调整后，对比右图可以明显发现，赫本的面部表情和车身反光等效果提升了许多。
在这张《詹姆斯•迪恩在时代广场》的照片上，那些令人费解的公式备注和线条圆圈（修改多达30处），同样能够让人感受到这位“暗房魔术师”的超群技艺。
试想一下，那是一个没有PS“选取工具”的年代，这一切都需要依靠人工裁剪出不同形状的遮光片处理完成，纵使是帕布鲁•伊尼里奥这样专业的暗房师，恐怕也需要几个小时甚至更长的时间才能完成一幅如此精良的作品。美国著名摄影师杰瑞•尤斯曼也是一位顶级的暗房特技大师，他打破了传统摄影美学的限制，通过自身精湛的暗房技术创造出了一幅幅令人惊奇的超现实影像作品[6]，被誉为“后摄影时代”的开拓者。
2016年，在美国纽约露西奖的艺术摄影颁奖采访[7]中，杰瑞•尤斯曼提到自己有七台放大机，一般刚开始只会用到两、三台，通过观察连续不同的印样来确定基本创作方案后，再反复测试正确的曝光值和遮挡影像的时间，期间还会考虑影像的具体构成元素，大约需要经过几天的时间才能完成这样一幅类似“悬案”的影像作品。
杰瑞•尤斯曼的作品正如他自己所说，“我的最终目的是使我自己感到惊奇，我最大的乐趣便是面对探索过程中的悬念。”
胶片时代的目视篡改识别影像篡改的暗房处理过程非常“艰辛”，需要借助大量工具经过多次遮挡曝光、底片修饰、模糊、上色、裁剪、拼接等手法才能影印到相纸上。
那么，胶片时代有没有一些有效的真伪识别方法呢？
实际上，胶片时代与我们熟知的数字时代有所不同，复杂的手工处理工序常常会导致“创作”失败，而这种篡改的困难性也使得纸质照片的可信度普遍高于数字图像。此外，对比存储介质本身的差异也能想象到，胶片时代的识别手法要显得单一笨拙很多。
那个年代的人们大多是基于目视法辨别的，当然可以借助一些简单的技术或设备，比如：放大镜、显微镜等。目视法指的是根据照片中的内容特征进行鉴别[8]，比如说：
自然规律检验法，观察照片中的事物是否遵循自然规律，那么暗房大师杰瑞•尤斯曼的那种“摄影蒙太奇”风格的作品显然无法过关，比如2006年他所拍摄的《走向深夜》，人类的双手从树干中生出，这显然是不可能的。
透视规律检验法，验证影像中的物体是否遵循空间透视规律，通常，摄像机的拍摄符合小孔成像原理，应该具备近大远小特性。另外，平行于画面的直线应该保持原来的方向不消失，垂直于画面的直线应该相交于一点。光照原理检验法，也称“阴影检验法”，一般情况下，光源、物体、影子会在同一直线上，可以观察物体的光影分布是否合理，像那些通过多次曝光拼接合成的照片是很有可能发现端倪的。但是，在多光源或散射光源情况下可能会比较困难。景深原理检验法，当相机焦距对准某一点时，在“聚焦平面”前后会形成一个由清晰变模糊的范围，可以分析同一成像平面上是否存在虚实不均的情况。
上图展示了一幅存在景深过浅问题的照片[9]，而且在距离相机近似相同位置的平面上，有两组人物也是虚实不一的。
比较对比检验法，观察照片中物体的个体差异性，众所周知，即便外观完全相同的两个物体也会因为所处位置的不同，与人眼之间形成不同的视角而产生视觉差异。如果照片中存在形状和姿态完全一致的物体，那很有可能是复制粘贴的。实践证明，纸质照片常用的这些篡改识别手法是比较有效的，甚至其中很多技术原理后来都以一种新的出场方式延伸到了数字时代。
结束语尽管如今的“胶片影像”已经逐渐成为了很多人的回忆，或者少数艺术追求者及摄影爱好者的执着，但是这并不妨碍它的时代意义。
对于影像篡改来说，胶片时代的专业知识要求较高、操作过程复杂、处理效率低下，致使其并没有大量的普及。当然，这个时期的目视真伪鉴别手法也相对比较单一落后。那么，进入数字时代又将会是一番什么样的景象呢？
敬请关注《影像篡改识别（二）：数字时代》。
参考文献
[1]https://www.economist.com/leaders/2018/05/24/a-faked-video-of-donald-trump-points-to-a-worrying-future?frsc=dg|e
[2]https://www.theguardian.com/technology/2018/nov/12/deep-fakes-fake-news-truth
[3]https://www.colorexpertsbd.com/blog/darkroom-photo-manipulation-photoshop-walk-history/
[4]https://cz.pinterest.com/adolfjebavy/pablo-inirio/
[5]https://www.sohu.com/a/234520757_194997
[6]https://www.gadcollection.com/en/blog/p-jerry-uelsmann
[7]https://vision.xitek.com/image/201706/15-308803_5.html
[8]朱立勋. 浅析纸质照片真伪的几种检验方法[J]. 法制博览. 2013年04期
[9]https://www.zhihu.com/question/19733441
如何利用PS软件对添减篡改图像进行鉴别
如何利用PS软件对添减篡改图像进行鉴别
随着数码相机与电脑的普及，全民摄影时代到来。但随之而来的摄影“造假”事件也层出不穷。下面是我搜索整理的关于如何利用PS软件对添减篡改图像进行鉴别，希望对大家有所帮助!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生培训网!
摄影分为前期拍摄和后期图像制作，在胶片摄影时代，复杂的暗房技术只为少数专业人员所掌握。进入数字摄影时代后，随着计算机图像技术的快速发展，对数字图像的处理可使用各类软件进行，其中尤其以AdobePhotoshop(简称PS)图像处理软件使用最为广泛，功能最为强大，操作上也较为方便。计算机图像处理所形成图像在视觉上与真实的自然图像肉眼几乎难以区分。对于修改图像主要以“PS软件”为主的情况下，本文就利用计算机图像处理技术对添加、删减、篡改图像方法、特点及如何检验作一阐述，确定如何有效区分和鉴别真实的自然图像和经过后期修改过的图像。
一、利用PS软件添加、删减、篡改图像方法
PS软件的合成功能在图像处理中占有重要地位，合成并不是简单的拼凑，它需要运用各种素材，通过组织、处理、修饰、融合，得到新的“设计”作品，从而达到理想的效果，因此需要较高的艺术修养和PS操作能力。从近年来来看，利用计算机图像处理技术修改图像主要有以下几种方法。
1.利用PS软件在图片中添加内容
添加图像具体讲就是从一张图片中取出(即“抠图”)一个局部、再把它加入到另一张图片中，生成一张新的图片即利用PS合成图片。首先是选好合适的素材，然后把需要更换的部分用选区选取后，贴到素材图上，再用蒙版控制好区域，最后进行整体调色及细节部分的修饰。
2.利用PS软件删除、修改图片中间的内容
把图片中你不想要的部分删掉且不能影响图片的完整，方法有多种，以图章修补工具及建立选区为主。如果要修补的景物周围是白色或单色，可用纯色画笔补上。
3.利用PS软件对图像变换、模糊处理
对图像的修改的手法还有利用PS软件使图像变形和模糊。PS软件中可以对图像进行变形处理的方法包含：自由变换、液化滤镜、扭曲滤镜等，通过这个命令可以使图像变形为特殊的形状。
二、利用PS软件添加、删减、篡改图像特点
拼补变造图像是利用PS图像处理技术常用手段之一。主要是利用PS图像处理软件的移动、删除、剪贴、旋转、局部放大、修饰等各种编辑功能对图像进行处理，制成一幅新的图像。
伪造照片是指对不实际存在的照片的一种意想性的创设，其突出表现是该照片不是真实的。伪造照片通常表现为把真实的照片不同部分通过剪辑、复制、合成，反映一幅新的内容的照片。其他部分加以改变的行为，其突出表现在于该照片是已经客观存在的，是制作者将已经存在的照片根据自己的需要修改、编辑形成的。变造一般分为三种类型。
(1)添加性变造。就是在照片画面上添加某些内容。
(2)删除性变造。就是在照片画面上裁切掉或删掉某些内容。
(3)添加和删除性相结合的变造。在实际检验非真实性照片的过程中，现实中经常遇到的是画面中既有添加、也有删除，还有二者相结合的变造照片，这更增加了检验难度。
三、利用PS软件对添加、删减、篡改图像鉴定方法
变造的影像无论如何精心努力，修改后的照片经仔细观察总是会落出蛛丝马迹.对于这类可疑图片的检，应采用多种方法，从多方面、多层面进行检验，在很多情况下人们仅仅凭肉眼难以发现破绽，借助PS软件可以对数字影像的真伪进行综合评断。
1.利用PS软件查看数码照片的Exif“元数据”
数码照片的Exif“元数据”是一种影像文件格式，目前有V2.1和V2.2两个版本。它是在Jpeg文件头加上了数码相机在拍摄过程中采集的多种拍摄信息，如相机数据(如相机生产商、型号等)、摄影参数(如快门速度、焦距等)和照片的缩略图信息(视相机而定)，有2～6kB大小(视相机而定)，经过Tag编码后储存在Jpeg影像文件中。用完整版PS查看，先打开数码照片，通过“文件简介”选项中的“Exif”查看，有图像说明(如相机机型、拍摄时间等)、用户注释(如Exif色彩空间等)，相关声音文件(如文件源、场景类型、Exif标30多项内容。
2.利用PS软件对照片进行放大处理
利用景物成像、光照、色彩滤镜等科学理论，利用对图像中疑似伪造区域景物的光亮密度、反差、色调、灰度值等进行观察对比，分析画面中是否存在与成像原理相互矛盾的地方以判别照片是否存有改动痕迹。在自然图像中二个或以上空域连贯区域精确匹配(包括颜色、形状、纹理等)的概率很小，因此要成功识别图像中的复制篡改区域，关键在于确定图像块的大小、特征。在照片检验中，利用PS将影像进行放大处理，再通过观察照片中主体边缘状况，照片景深是否符合镜头成像规，影像的噪点的差异，色彩的连续性等，可以判断照片是否在同一光线条件下拍，从而判断照片的'真伪。
(1)检查照片中主体边缘(边缘的细部如头发等)是否有模糊不清的地方。大部分做假照片常常是将比较好的主体再放到比较理想的环境中去，以增加图片的新闻性和美感。图像边缘可以定义为图像局部特征的不连续性，表现为图像灰度级的突变，纹理结构的突变和色彩的变化等，使得这些主体的边缘往往是不光滑的。经高倍放大后可以发现：这些地方有很多模糊不清的痕迹。
(2)检查照片景深是否符合镜头成像规律。不论是使用广角镜头还是大望远镜头，表现出来的景深都是有一定规律的。而变造的照片往往不能符合这些规律。
(3)检查影像的噪点。数码相机噪声为图像上可见的由CCD/CMOS或者数字信号系统造成的错误信息，数字图像中的可见噪声通常是受温度和ISO感光度的影响，这两个值越高则效果越差。利用不同数码相机的本底噪声的不同，不同ISO感光度下拍摄的照片的噪点不同，在高倍放大后对图像的噪点进行区域统计比较法，可以对数码影像的原始性进行检验。 (4)检查影像色彩的连续性。颜色被公认为是图像最有价值的底层特征。对于复杂背景真图像，颜色特征具有相对良好的连续性，颜色的转变更加柔和，同时相邻的像素间颜色的RGB值不同。添加图像的边缘与背景之间颜色发生突变，或像素具有相似性，相邻的像素间颜色的RGB值相同。
(5)检查虚实变化的合理性。数字影像中清晰程度与拍摄时调焦对准平面的位置及景深的大小有，对于静止物，当图像中景深范围以外的某一物的清晰程度超过景深范围内景物的清晰度，应属添加替换或合成的变造图，但应排除操作不当造成的虚实变化非合理性当有运动物体时。图像中静止物体的清晰程度应高于运动物体的清晰程度，但如采用追随法拍，则运动物体的清晰程度可高于静止物体的清晰程度。
3.利用PS软件测量比较法
利用PS软件中的测量工具，测定照片可疑部分的拍摄角度与背景的拍摄角度、阴影的方向、光源的方向以及透视关系的异同确定图片的真伪。
(1)测量照片中主体与周围环境在拍摄角度上是否相同。有“矛盾”的不同的拍摄角度会出现不同的视觉效果。如果主体与周围环境在拍摄角度上存在的矛盾上，可以看出这是一幅用两种不同拍摄角度拍摄的图片合拼成的“新图片”。
(2)测量照片中物体的阴影方向是否统一。假照片往往是将不同时间、不同地点、不同环境下拍摄的画面将它们放到一起的，多方面的不同就会出现不同的光线，从而出现不同的阴影，通过阴影，也可以找出假新闻照片的破绽。添加图像与背景的阴影在强弱、长短上会有比较明显的不同。
(3)测量照片中的光源方向是否统一。一幅画面中的光应该是统一而不是矛盾的。光线角度的一致性在同一幅数字影像中，主光源的方向和位置是确定，被摄物凹凸部位的明暗变化和阴影的长短及方向应具有一致，当影像中某景物出现无法解释的明暗变化或阴影时可以判断其图像有变造的可能数字影像在一幅画面上明暗过渡是逐渐，是自然的。而合成一张新的照片时，不同照片上的人或物由于拍摄条件不，光线选择肯定存在差异拍摄。因此，在拼接两幅画面时衔接处的光很难有自然的过渡。
(4)测量照片中成像透视比例关系是否一致。根据透视原理，在确定图像的真伪检验中，可以运用比较图像中各个成像物的大小透视、方向透视、影调透视以及物体音质比例关系的方法，测量并分析图像中有无违背透视规律的现象存在。如果违背了透视成像规律，比如不平行画面的平行直线没有消失到一点上，近大远小的比例不符合透视效果，与画面不平行则方向不同的线段没有消失于天点或地点，则照片肯定有添加的部分，这时就要仔细观察分析，判断出照片中的添加或删除部分。
4.利用PS软件改变图像的影调
影调是指照片的黑白倾向。高调或低调照片中的修改痕迹，以及高光或暗部的修改痕迹都难以被发现，当设法改变照片的影调后，其中的修改痕迹就可能暴露。利用PS图像处理软件将图像影调向相反方向调整，即高调照片提亮，低调照片压暗，中间调照片分别提亮、压暗。然后将照片放大到100%观察提亮或压暗部分，有些添加、删减等遗留修描痕迹、背景区不协调、图像质量差、成像不规则地方就会显现出来。
本文简要介绍了图像修改的方法、特点，论述了对伪造图像鉴定简便方法。随着现代数字技术的不断深入发展，势必会出现更先进的图像伪造手段，这对数字图像的鉴定工作将提出更高挑战。由于图像取证是一个全开放的研究领域，目前已得到科研机构、司法机关以及新闻界等的全面重视，相信随着图像取证技术的逐步发展，图像真伪的理论研究会日趋深入，数字图像鉴定体系也会日渐完善和规范。
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