張文　劉思君　陳春濤

【摘 要】關(guān)于數(shù)碼照片來源設(shè)備的確認(rèn)，目前主要有基于數(shù)碼照片EXIF信息的方法，基于相機(jī)傳感器固定噪聲的方法、利用相機(jī)鏡頭像差的方法等。這些方法雖能在一定程度上解決問題，但各自也存在相應(yīng)的缺陷。如EXIF信息容易修改，提取相機(jī)固定噪聲需要大量出自同一相機(jī)的照片，許多種類相機(jī)（如單反、微單相機(jī)）的鏡頭可以更換等。因此有必要進(jìn)一步豐富相關(guān)檢驗(yàn)的技術(shù)手段。不同品牌或型號的相機(jī)，其閃光燈相對于鏡頭的位置各不相同。這種位置差異會造成拍攝時照片上所形成的陰影和亮點(diǎn)的位置差異。這實(shí)際就是該種品牌或型號相機(jī)的一個種類特征。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)人員運(yùn)用三臺具有典型性的相機(jī)進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，在定性實(shí)驗(yàn)中，分別設(shè)置不同的情境，通過多次重復(fù)的實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)了閃光燈相對于鏡頭的位置的差異所造成拍攝時照片上所形成的陰影和亮點(diǎn)的位置差異是不會因拍攝條件的改變而改變的。因而，研究相機(jī)閃光燈在照片中的投影特點(diǎn)，可以保證影像證據(jù)的合法性、證明影像證據(jù)的真實(shí)性、提升影像證據(jù)的關(guān)聯(lián)性，最大限度的發(fā)揮影像證據(jù)的價值，對刑事偵查中證據(jù)的合法性的確認(rèn)具有重大意義。

【關(guān)鍵詞】圖像檢驗(yàn)；閃光燈投影；相似三角形

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高、工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及，圖像日益深入人心，讀圖已經(jīng)成為我們生活中不可避免的傳播符號和方式。數(shù)碼相機(jī)和具有強(qiáng)大拍照功能的智能手機(jī)已成為人們必備的消費(fèi)電子產(chǎn)品。人們可以使用智能手機(jī)隨時隨地拍攝照片，并通過社交網(wǎng)站、微博、微信等方式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上。相機(jī)、手機(jī)的普及，圖像處理技術(shù)的運(yùn)用，對圖像的內(nèi)容進(jìn)行增減、挪位等已經(jīng)變得十分簡單。在光線較暗的環(huán)境拍攝照片時，人們經(jīng)常使用閃光燈來增強(qiáng)光照。閃光燈是最常用的人工攝影光源，不同品牌或型號的相機(jī)，其閃光燈相對于鏡頭的位置各不相同。這種位置差異會造成拍攝時照片上所形成的陰影的位置差異。對于司法檢驗(yàn)來說，這就是具有重要意義的特征。目前還沒有公開發(fā)表的的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)對這一特征展開系統(tǒng)研究。同時，數(shù)字圖像技術(shù)正逐步滲入刑事攝影領(lǐng)域，并在偵破各類刑事案件中，發(fā)揮了揭露犯罪、證實(shí)犯罪和打擊犯罪的巨大作用。

不同品牌或型號的相機(jī)，其閃光燈相對于鏡頭的位置各不相同。這種位置差異會造成拍攝時照片上所形成的陰影的位置差異。這實(shí)際就是該種品牌或型號相機(jī)的一個種類特征。因此，進(jìn)行拍攝實(shí)驗(yàn)，分析不同相機(jī)閃光燈攝影照片的投影分布特點(diǎn)，通過分析計(jì)算總結(jié)其規(guī)律，并探究利用該規(guī)律進(jìn)行數(shù)碼照片來源設(shè)備確認(rèn)及圖像偽造篡改檢驗(yàn)的可行性和具體方法。

1 實(shí)驗(yàn)器材和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

尼康D7100相機(jī)，鏡頭：適馬17-50mm 1：2.8 EX HSM。內(nèi)置閃光燈。

佳能EOS 700D相機(jī)，鏡頭：佳能EFS18-55mm。內(nèi)置閃光燈。

佳能EOS M3 相機(jī)，鏡頭：佳能 18-55mm。外置閃光燈：佳能90EX。

尼康CTX560三腳架。

Adobe Photoshop CS6軟件。

光影魔術(shù)手軟件。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用三臺相機(jī)和其相應(yīng)的內(nèi)置閃光燈、外置閃光燈，分別進(jìn)行定性分析和定量分析。定性分析通過成像畫面中心位置與反光中心點(diǎn)、物體拍攝時形成的投影分布情況，對三臺相機(jī)的閃光燈在照片中的投影特點(diǎn)進(jìn)行歸納。定量分析通過相機(jī)對固定位置處的光滑球體進(jìn)行拍攝，根據(jù)球面的反光以及所形成的投影判定光照方向。并根據(jù)美國達(dá)特茅斯學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Hany Farid所提出的分析原理（相似三角形原理構(gòu)想）進(jìn)行計(jì)算。

實(shí)驗(yàn)中所有的拍攝均使用閃光燈，所有相機(jī)的拍攝均用Av檔（即程光圈優(yōu)先模式）進(jìn)行拍攝，ISO均設(shè)置為100。拍攝地點(diǎn)在室內(nèi)，光照來源均為閃光燈和日光燈。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 定性實(shí)驗(yàn)

1）對一定距離的黑墻拍攝，看不同相機(jī)閃光燈（含外接閃光燈）中心反光點(diǎn)與畫面中心位置的聯(lián)系與區(qū)別。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）距墻3m，相機(jī)高度1.65m；

（2）三臺相機(jī)，焦距定為50mm，對焦在墻面上，光圈優(yōu)先模式，分別開閃光進(jìn)行拍攝。

2）對標(biāo)準(zhǔn)物（桿狀），在一定距離上拍攝，看不同相機(jī)（閃光）拍攝時投影在地面上的分布情況。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）掃帚豎直放置（距墻1m），相機(jī)距墻3m（相機(jī)高度為1m）。掃帚相機(jī)連線垂直于墻面；

（2）三臺相機(jī)，焦距定為50mm，對焦在掃帚上，光圈優(yōu)先模式，分別開閃光進(jìn)行拍攝。

3）閃光拍攝光滑球體，看其反光點(diǎn)的情況（位置、形狀、大?。?/p>

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）光滑球體放置于桌面上（距墻0.5m），相機(jī)距墻3m（相機(jī)高度為1.5m）。球體相機(jī)連線垂直于墻面；

（2）三臺相機(jī)，焦距定為50mm，對焦在光滑球體上，光圈優(yōu)先模式，分別開閃光進(jìn)行拍攝。

4）相距一定距離拍攝人物，觀察眼球反光情況，頭頸在地面的投影情況。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）人（1.71m）以墻為背景，距離墻1.5m，相機(jī)距墻3m（相機(jī)高為1.2m）。人與相機(jī)的連線垂直于墻面；

（2）兩臺相機(jī)（尼康D7100和佳能700D）*（外置閃光燈在拍攝人體距離太近的情況下沒有現(xiàn)實(shí)意義，所以不在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)），焦距定為50mm，對焦在人眼睛上，光圈優(yōu)先模式，分別開閃光進(jìn)行拍攝。

2.2 定量分析：以光滑球體為被攝物

實(shí)驗(yàn)設(shè)置：

1）固定光滑球體的位置，設(shè)置好拍攝距離、球和墻的間距；

2）固定拍攝距離，分別使用三臺相機(jī)進(jìn)行拍攝。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1）光滑球體放置于板凳（高42.0cm）上，距墻面42.0cm，相機(jī)（高42.0cm）距墻150.0cm。球體與相機(jī)的連線垂直于墻面；

2）三臺相機(jī)，焦距定為50mm，對焦在球體中心上，光圈優(yōu)先模式，分別開閃光進(jìn)行拍攝；

3）對三個畫面中的不同投影進(jìn)行計(jì)算。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與初步運(yùn)用

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

（1）三個相機(jī)的反光中心點(diǎn)與畫面中心點(diǎn)均不在一點(diǎn)上，其中佳能M3因?yàn)槭峭饨娱W光燈，相距最大；佳能700D和尼康D7100相距較小，但相比之下佳能700D點(diǎn)相距更小。

（2）反光中心點(diǎn)都在畫面中心點(diǎn)的正上方。

2）對標(biāo)準(zhǔn)物（桿狀），在一定距離上拍攝，看不同相機(jī)（閃光）拍攝時投影在地面上的分布情況（見圖2）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

（1）桿子在背景上形成的投影符合鏡頭成像的規(guī)律，利用相似三角形的計(jì)算原理得出的數(shù)值與實(shí)際實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)相差在合理范圍內(nèi)。

（2）佳能M3因?yàn)槭峭饨娱W光燈，光量較大，陰影處的反差先對較小。佳能700D和尼康D7100的成像基本符合。但是，桿子上形成的反光中心點(diǎn)上有差異，尼康D7100的更聚集更亮。

3）閃光拍攝光滑球體，看其反光點(diǎn)的情況（位置、形狀、大?。ㄒ妶D3）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

在此實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置下，佳能M3的投影最長，因?yàn)槭峭饨娱W光燈，光量較大，陰影處的反差先對較小，其閃光中心點(diǎn)距畫面中心點(diǎn)的距離最近。佳能700D和尼康D7100的成像基本符合，但是，水杯上形成的反光中心點(diǎn)上有差異，尼康D7100的更聚集更亮。

4）相距一定距離拍攝人物，觀察眼球反光情況（見圖4）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

在此實(shí)驗(yàn)設(shè)置下，兩圖中的閃光燈亮點(diǎn)均在眼球上部，但尼康D7100內(nèi)置閃光燈在眼球上所形成的亮點(diǎn)形狀近似于銳角三角形，佳能700D內(nèi)置閃光燈在眼球上所形成的亮點(diǎn)近似于圓形。且，尼康D7100的亮點(diǎn)面積稍小，佳能700D的亮點(diǎn)面積稍大。

在上述實(shí)驗(yàn)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，不同的相機(jī)因?yàn)槠溟W光燈與鏡頭相對位置的差異而引起的成像畫面中的閃光燈亮點(diǎn)與畫面中心的位置的差異是由相機(jī)本身決定而不是攝影角度、被攝物體所決定的。所以，通過對相機(jī)閃光燈位置差異的研究可以倒推處照片是否為同一相機(jī)所拍攝，也可以根據(jù)照片中陰影和亮點(diǎn)的位置來推斷拍攝相機(jī)的型號。根據(jù)美國達(dá)特茅斯學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Hany Farid曾在他的個人博客中提出過基于閃光燈投影進(jìn)行圖像檢驗(yàn)的設(shè)想中提到的相似三角形原理的構(gòu)想，對拍攝照片進(jìn)行定量計(jì)算，提高研究的準(zhǔn)確性。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)人員運(yùn)用了尼康、佳能單反和佳能微單，分別對應(yīng)運(yùn)用內(nèi)置閃光燈和外置閃光燈，選取的實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有典型性和差異性，拍攝以相機(jī)內(nèi)的全局平均測光、光圈優(yōu)先模式進(jìn)行拍攝，在曝光正確的基礎(chǔ)上，對閃光燈在成像照片中形成的亮點(diǎn)和陰影的分析是具有科學(xué)性和穩(wěn)定性的，所以通過對閃光燈的研究是可以正確真實(shí)的判定照片的真?zhèn)魏驼J(rèn)定照片是否為同一相機(jī)所拍攝。

根據(jù)教授Hany Farid提出的理論我們在把具象的圖片轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)據(jù)時，運(yùn)用相似三角形理論可以將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，從而相互印證。在圖像檢驗(yàn)中，相機(jī)閃光燈攝影照片的投影分布特點(diǎn)，通過分析計(jì)算總結(jié)其規(guī)律，并探究利用該規(guī)律進(jìn)行數(shù)碼照片來源設(shè)備確認(rèn)及圖像偽造篡改檢驗(yàn)，是可行且科學(xué)的。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]