基于几何约束的人物合成盲检测方法研究

图片编辑软件的普及正挑战"亲眼所见"的可信度，图片可信度量研究是一项迫切需要而具有深远意义的工作。针对常见的人物合成操作，本项目首先通过研究近景图像中双眼蕴含的等尺寸和共面等几何约束，阐明相机内参估计中的独立约束，提出仅用双眼估计相机和视线方向的算法及相应伪造度量函数。然后探索远景照片中太阳阴影和水面反射等自然现象中蕴含的几何关系，包括经纬度、时间与太阳高度角的关系和光的镜面反射定律以及上述几何属性在投影空间中的表现形式，阐明场景提供的几何约束及相应的度量纠正算法，探讨基于图像的太阳高度角及镜面法向消隐点估计问题，提出相应的盲检测算法。本研究最后分析所提出的算法对噪音、透视畸变程度、有效像素数目等因素的鲁棒性，明确其对相机拍摄角度等因素的限制，为实际应用提供理论依据，并提出退化情况的检测方法。本研究将拓展透视几何理论在图片可信度量领域的应用范围，研究成果将为其它图片伪造盲检测提供新线索。

项目取得的主要成果包括以下四项，第一项成果是提出在不需要先验相机信息的情况下通过双眼估计相机内参数和视线方向的算法，并提出了根据相应的伪造度量函数来判断图像是否有被篡改，这个成果主要是根据人物合成图像中双眼蕴含的等尺寸和共面等几何属性能够在相机内参估计中提供独立约束的特性，分析相机中心和眼睛虹膜边界组成的斜圆锥体与眼睛视线方向的关系并结合相机校准方法得到结果。第二项成果是提出人脸和自然景物图片的素描合成方法。这个成果首先提出了一种更有效的边缘检测算法可以对阴影部分的边缘进行更准确的检测，提高目标物体的边缘检测准确率，其次给出了一种简单的合成素描方法。第三项成果是基于水平线检测的手持拍摄取证。这个成果主要是通过计算图像的水平线位置和方向从而得到图像场景的旋转角度，根据旋转角度的取值判断图像是否是由手持设备拍摄。进一步可以根据求得的旋转角对图像结构进行调整。第四项成果是通过对太阳高度角即光照一致性的估计来判断远景人物图像是否有被伪造，这个成果主要是根据相机辅助信息（经纬度、时间、地点等）和图片中适用于平面度量纠正的几何约束计算太阳高度角，根据太阳高度角的是否一致性判断图像是否被合成。本项目已经完成项目计划书的要求，并且取得了良好的科技成果。同时在本项目的研究过程中一共发表学术论文8篇（不包括在投文章），其中发表SCI检索的期刊论文3篇，发表国际会议论文5篇，授权的国家发明专利1项。本项目的研究成果能够为图像伪造检测、图像理解等计算机视觉任务提供重要线索。