你看到的是假照片吗？三招教你辨别照片是否有篡改痕迹

图一：将某个场景中的消失点(蓝绿色)用线条连接起来，可以恢复(光线)的主点(黄点)。在未经修改剪辑的图像中，这个主点应位于图像的中心位置。

图二：在一面完美的镜子中(橙色)，光线只向一个方向反射。图像中黑色的国际象棋棋子和它反射出来的影像(图中灰色棋子)的大小，以及与镜子间的距离是相等的。如果物体与它的影像这两个几何对称之间的关系不正确，很可能就是图像已被篡改的原因。

图三：3个盒子和它们的镜中影像用线条连接在一起，如果场景中包含有成矩形的反射表面，就像右图中一样，可以利用图中互相垂直的平行线来验证相机的主点位置。

图四：2012年YouTube视频网站的一段视频中，一头金雕抓起一个孩子的镜头是假的。分析表明鹰和孩子的阴影(计算机生成的结果)与场景中其他部分的阴影并不一致。

■林凌辰　编译

随着数字技术惊人而快速的发展，人们已经越来越难以区分某张照片到底是真的照片，还是经过数字化技术处理过，或完全由计算机合成的虚假图片。

基于几何学原理来分析检测数字操纵痕迹的“图片司法鉴定”技术，可以教会我们一些基本知识，来对照片究竟是真实的还是合成的，作出一个更为准确的判断。

图片司法鉴定应运而生

“图片司法鉴定”这一研究领域以期在一定程度上恢复照片的诚信度。

很早就有人说过，“相机不会撒谎。”但这只能证明摄影师，尤其是业余摄影师处理干片的技巧还不到家而已。即使是在1800年代末摄影技术刚刚崭露头角的时候，人们已经普遍认同，异常的光线作用，或相机的小毛病，都有可能导致意外或有意为之的“欺骗”效果，例如相机拍摄的一些“幽灵幻影”之类的照片。1874年7月登载在　《摄影时代》　上的一篇文章曾对摄影师们告诫道，照相底片或印刷纸张材质的不一致性，有可能导致那年拍摄到的金星凌日和其他题材的照片，产生扭曲失真。

但是，再高超的摄影技巧与如今操纵图像的各种手法比起来，也要黯然失色。一些经过修改或篡改的照片经常会出现在小报和时尚杂志、在线拍卖和交友网站，甚至还出现在一些主流媒体上，造成恶劣影响。

与早期很容易被发现破绽的合成照片相比，如今用数字手段处理过的照片，做得越来越天衣无缝。但是，利用图片司法鉴定的一些分析技术，可以通过对图像中微妙之处的分析，来鉴定照片的真伪。

甚至一些科学期刊也需要制定一些原则，来区分什么是可以接受的对数字图像的适当“处理”，什么是不能接受的伪造篡改数据的行为。如《细胞生物学杂志》　上的一个例子，科学家为增强图片的对比度，在一张显微照片中增加了某些元素，删除了一些背景中的干扰元素。但由于修改超过了可接受的限度，这种修改被指为不端行为。

为此，“图片司法鉴定”这一研究领域应运而生，以期在一定程度上恢复照片的诚信度。这种司法鉴定技术首先需要为整个图像的光线传递途径建立一个模型，包括对光线的物理学和几何学原理的分析，以及光线通过相机镜头，将光线在电子传感器上转换为像素值，然后将像素值“打包”归入数字图像文件中，再用相关软件进行分析鉴定。

以下介绍3种基于几何学原理来分析检测数字操纵痕迹的“图片司法鉴定”技术。

消失点分析法

一个图像只能有一个主点，通常位于图像中心或靠近图像中心的位置。

想必你见过这样的照片，铁轨在向远方延伸时，轨道间的距离似乎也在随之缩小。在现实的三维场景中，铁轨之间的距离当然是固定不变的，我们眼中向远方延伸的铁轨，间距会越来越小，是因透视投影的一个基本属性，即物体经过相机传感器　(或人的眼睛)　后，成像的大小与距离成反比，如果火车铁轨无限延长，最终会在被称为“消失点”或“没影点”的一个点上汇合。

如图一所示，将某个场景中的消失点　(蓝绿色)　用线条连接起来可以恢复主点　(黄色的点)，在未经修改剪辑的图像中，这个主点应位于图像的中心位置。消失点在二维图像中的位置取决于三维场景中平行线的方向。在图一的3D场景中，三个不同的消失点　(蓝绿色)　始于每一个盒子与瓷砖相交的水平和垂直线条，对应于3对互相垂直的线条。由于这种特殊关系，这三个消失点可为辨别图片真伪提供有用的信息　(消失点还有其他几个有用且有趣的几何性质，限于篇幅就不在这里详加讨论了)。

图像的主点对应于相机的光轴和传感器的相交点。恢复主点的方法是，首先标识出场景中三组相互垂直的平行线，每一组平行线有一个消失点，这三个消失点形成一个三角形。每个三角形的三个面　(图中的黄色实线)都有一条垂直于这个面的顶垂线　(黄色虚线)，并延伸至三角形对面的顶点。三角形的三个顶垂线在一个称为“垂心”(黄点)　的点相交，这个垂心就是相机拍摄图片的主点。

一个图像只能有一个主点，通常位于图像中心或靠近图像中心的位置。在上面的示例中，图像位于主点附近，图像应该为真。如果主点明显偏离图片中心，那么我们就有理由怀疑照片的真实性。当然，前提是该图像不是原图的截图。

光线反射分析法

如果物体与它的影像之间的关系不符合某个几何原理，很可能是图像已被篡改。

图二是一枚棋子的镜中反射示意图，用以表示拍摄相机、镜子　(橙色)　与某个对象　(一枚黑色棋子)，还有棋子在镜中反射出来的虚影　(灰色棋子)　之间的关系。在一面完美的镜子中　(橙色)，光线只向一个方向反射，来自棋子上某个点的光线通过镜子反射到相机传感器上的一个点上，这些反射光线与镜子后面一枚棋子发出的光线别无二致，图像中黑色的国际象棋棋子和它反射出来的影像的大小，以及与镜子间的距离是完全相等的。

这是一个基本的几何原理，适合于任何可以反射光线的平面，比如镜子、窗户，甚至是高度光洁的桌面。如果物体与它的影像之间的关系不符合这两个几何原理，很可能是图像已被篡改的原因。

再来看看图三中的场景：3个盒子，一个平面镜，以及3个盒子在镜中的反射影像。图中3个盒子的实体与它们在镜中影像中的相应点，用黄色线条连接起来，在三维场景中，这些线条相互平行并与镜子垂直。但在二维图像中，由于透视投影的效果，这些平行线将汇合为一个单点，就像在任何三维场景中两条向前延伸的平行线最终会合并在一个消失点上一样。因为在一个场景中连接对应各点的线条和其反射影像的线条是平行的，这

些线条在图像平面都应该有一个共同的相交点。如果有一个或多个线条游离于这个共同相交点之外，那么这个图像很有可能就是假的。

阴影分析法

一般来说，阴影可以提供现场光源位置的线索，因此，物体的投影可以用来推断和确定照明光源的位置。

2012年，视频网站YouTube　因一个视频而受到质疑。视频中，有一只鹰缓慢飞过，然后快速降落在一个坐在公园草坪上的孩子身上。孩子父母也在附近，但正看向别的方向，没有注意到。鹰抓住孩子开始往上飞，但没抓牢，孩子掉了下来，所幸没飞多高。此时，录像者和父母赶快跑过来看，孩子似乎安然无恙。

这段题为“金雕与孩子”的视频，很快获得数以百万计的点击量，但观众反应不一：有的惊叹，也有的怀疑。

通过对图四的阴影分析表明，小孩与鹰的阴影线条　(蓝绿色)　与场景中其它物体的阴影分析线条并不一致(黄色)。事实上，这确实是一个电脑合成的虚假视频，是通过将小孩和鹰的图像添加到一个真正的视频中，从而炮制出来的。

一般来说，我们很难从几何图形和光源的3D相交关系来推断阴影的2D位置，我们的视觉系统经常会无视阴影明显的不一致。因此，简单的阴影分析法可以有效检测到图像合成造成的光与影的不一致。

分析准确性取决于点与线的标识

以上描述的三种以几何学原理辨别图像真伪的办法，只是图像司法鉴定技术庞大而多样化工具箱中的一小部分。

3D场景中的直线　(包括真实的或虚拟的)　在其2D图像中也是直线。透视投影的这个简单事实产生的普通的几何学原理，可用于图像真伪的鉴别，包括对消失点、光线反射和阴影的分析。

但是每一种分析方法的准确性还取决于标识线条的准确性。消失点分析的关键是标识线条的准确性。光线反射和投射阴影分析的关键，是连接线条所选择的独特的点。在线和点的标识上，即使是极微小的错误，也有可能导致错误的结论。这些分析还假定现场图景中的直线在图像中也是直线，质量差的相机也有可能导致几何图形中直线的投影扭曲变形。

除上述三种方法外，其他图像司法鉴定技术还包括反射高光、光学变形、镜头光晕、传感器噪声、以及对JPEG等数码影像格式压缩工具软件编辑修改等因素的分析。但通过对图像真伪辨别最基本知识的了解，观众可以对他们所看到的图片是真实的还是合成的，作出更为准确的判断。