检测拍摄图像的相机

Question

考虑我们遇到的一个问题，比方说 - 一组 5 个相机和从每个相机拍摄的 10 张照片（在不同的照明条件下）。

我的问题是，是否有可能有一张随机照片（从集合中的一个相机拍摄）并确定它是从哪个相机拍摄的？

图像处理、计算机视觉、机器学习.. 不是我的专业领域（正如您可能建议的那样），但我确实知道一些机器学习概念/算法的基础知识以及如何处理数据集等。

我知道这是一个非常广泛的问题，可能没有非黑即白的答案，但任何关于我如何解决问题或起点应该是什么的指导将不胜感激，因为我找不到太多关于这个具体问题在线。

Answer 1

你正在深入巫师领域

我会尽量让我的回答简短易懂，但您指的是涉及深度数学魔法的完整研究领域。现在没有回头路了...

请阅读令人惊叹的论文“Digital Image Forensics : a booklet for beginner”。 这个答案将涵盖论文（仅此而已，我不是专家）。

数字图像取证 101

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图像采集管道

上面的每个步骤都会留下标记，例如：

• 镜头伪影可用于两次识别同一个相机
• 彩色滤光片阵列 (CFA) 模式取决于相机制造商
• 传感器噪声统计数据因图像而异。
• 图像压缩 (JPEG) 使用不同制造商的“压缩表”

还有更多（再次，请阅读论文！）

相机内变化？

上述技术依赖于可以分类的人工制品：

• 与相机模型的所有实例相同的属性
• 同一型号的 2 个不同相机的属性不同
• 同一相机制造商的属性相同

它提出了你想要识别什么的问题：

• 给定一个相机“这张照片是由这个特定设备拍摄的吗”？
• 这张照片是用同一型号的相机拍摄的吗？

反取证，反反取证......

专注于单个统计属性（例如 CFA 模式），我们计算参考相机和给定图像的相关统计数据，并测量相关性。

这些属性适用于任何未篡改的图像，但我们必须假设有恶意的人会尝试篡改图像以使其看起来一直是正确的相机！

如果我们事先知道要计算什么指标，我们可以通过篡改图像并围绕与目标值的相似性优化我们的图像统计信息来轻松欺骗系统（请记住，优化是不应该轻视的黑魔法；）

例如 JPEG 压缩表可以在后期处理中进行调整，方法是使用给定的表重新采样，以使我的假图像作为另一个相机传递。

这场取证、反取证、反反取证之间的猫捉老鼠游戏可以走得很远。

Answer 2

最简单的方法可能是查看图像名称，因为大多数相机分配的帧数都是单调递增的，而且相机不太可能都拍摄了相同数量的照片 - 如果有的话，您可以先多拍 100 张照片从第一台相机开始，第二台相机多出 200 张照片，第三台相机多出 300 张，依此类推，以抵消帧数。

另一种选择是使用jhead或exiftool等工具查看图片标题中的EXIF数据，例如

exiftool IMG_3913.JPG

输出

ExifTool Version Number         : 10.01
File Name                       : IMG_3913.JPG
Directory                       : .
File Size                       : 1979 kB
File Modification Date/Time     : 2015:05:28 17:16:43+01:00
File Access Date/Time           : 2015:11:12 08:05:21+00:00
File Inode Change Date/Time     : 2015:11:12 07:59:13+00:00
File Permissions                : rw-------
File Type                       : JPEG
File Type Extension             : jpg
MIME Type                       : image/jpeg
Exif Byte Order                 : Big-endian (Motorola, MM)
Make                            : Apple
Camera Model Name               : iPhone 5
Orientation                     : Rotate 90 CW
X Resolution                    : 72
Y Resolution                    : 72
Resolution Unit                 : inches
Software                        : 8.3
Modify Date                     : 2015:05:28 17:16:43
Y Cb Cr Positioning             : Centered
Exposure Time                   : 1/120
F Number                        : 2.4
Exposure Program                : Program AE
ISO                             : 80
Exif Version                    : 0221
Date/Time Original              : 2015:05:28 17:16:43
Create Date                     : 2015:05:28 17:16:43
Components Configuration        : Y, Cb, Cr, -
Shutter Speed Value             : 1/120
Aperture Value                  : 2.4
Brightness Value                : 5.308204915
Exposure Compensation           : 0
Metering Mode                   : Multi-segment
Flash                           : Auto, Did not fire
Focal Length                    : 4.1 mm
Subject Area                    : 1373 1230 998 998
Run Time Scale                  : 1000000000
Run Time Value                  : 27313980762583
Run Time Epoch                  : 0
Run Time Flags                  : Valid
Sub Sec Time Original           : 037
Sub Sec Time Digitized          : 037
Flashpix Version                : 0100
Color Space                     : sRGB
Exif Image Width                : 3264
Exif Image Height               : 2448
Sensing Method                  : One-chip color area
Scene Type                      : Directly photographed
Exposure Mode                   : Auto
White Balance                   : Auto
Focal Length In 35mm Format     : 33 mm
Scene Capture Type              : Standard
Lens Info                       : 4.12mm f/2.4
Lens Make                       : Apple
Lens Model                      : iPhone 5 back camera 4.12mm f/2.4
GPS Latitude Ref                : North
GPS Longitude Ref               : West
GPS Altitude Ref                : Above Sea Level
GPS Time Stamp                  : 16:16:35.6
GPS Speed Ref                   : km/h
GPS Speed                       : 0
GPS Date Stamp                  : 2015:05:28
Compression                     : JPEG (old-style)
Thumbnail Offset                : 1328
Thumbnail Length                : 10991
XMP Toolkit                     : XMP Core 5.4.0
Region Applied To Dimensions H  : 2448
Region Applied To Dimensions W  : 3264
Region Applied To Dimensions Unit: pixel
Region Extensions Time Stamp    : -1596906250
Region Extensions Face ID       : 2
Region Extensions Confidence Level: 352
Region Extensions Angle Info Yaw: 0
Region Extensions Angle Info Roll: 270
Region Area Y                   : 0.503881
Region Area W                   : 0.306066
Region Area Unit                : normalized
Region Area X                   : 0.418658
Region Area H                   : 0.408088
Region Type                     : Face
Image Width                     : 3264
Image Height                    : 2448
Encoding Process                : Baseline DCT, Huffman coding
Bits Per Sample                 : 8
Color Components                : 3
Y Cb Cr Sub Sampling            : YCbCr4:2:0 (2 2)
Aperture                        : 2.4
GPS Altitude                    : 20 m Above Sea Level
GPS Date/Time                   : 2015:05:28 16:16:35.6Z
GPS Latitude                    : 51 deg 51' 3.11" N
GPS Longitude                   : 2 deg 12' 18.89" W
GPS Position                    : 51 deg 51' 3.11" N, 2 deg 12' 18.89" W
Image Size                      : 3264x2448
Megapixels                      : 8.0
Run Time Since Power Up         : 7:35:13
Scale Factor To 35 mm Equivalent: 8.0
Shutter Speed                   : 1/120
Create Date                     : 2015:05:28 17:16:43.037
Date/Time Original              : 2015:05:28 17:16:43.037
Thumbnail Image                 : (Binary data 10991 bytes, use -b option to extract)
Circle Of Confusion             : 0.004 mm
Field Of View                   : 57.2 deg
Focal Length                    : 4.1 mm (35 mm equivalent: 33.0 mm)
Hyperfocal Distance             : 1.89 m
Light Value                     : 9.8

或者像这样使用jhead：

jhead -v IMGxyz.jpg

输出

Exif header 12317 bytes long
Exif section in Motorola order
(dir has 11 entries)
    Make = "Apple"
    Model = "iPhone 5"
    Orientation = 6
    XResolution = 72/1
    YResolution = 72/1
    ResolutionUnit = 2
    Software = "8.3"
    DateTime = "2015:05:28 17:16:43"
    YCbCrPositioning = 1
    ExifOffset = 198
    Exif Dir:(dir has 32 entries)
        ExposureTime = 1/120
        FNumber = 12/5
        ExposureProgram = 2
        ISOSpeedRatings = 80
        ExifVersion = "0221"
        DateTimeOriginal = "2015:05:28 17:16:43"
        DateTimeDigitized = "2015:05:28 17:16:43"
        ComponentsConfiguration = "?"
        ShutterSpeedValue = 5567/806
        ApertureValue = 4845/1918
        BrightnessValue = 12745/2401
        ExposureBiasValue = 0/1
        MeteringMode = 5
        Flash = 24
        FocalLength = 103/25
        SubjectArea = 1373, 1230, 998, 998
        Maker note:  41 70 70 6c 65 20 69 4f 53 00 00... (232 bytes)
        SubSecTimeOriginal = "037"
        SubSecTimeDigitized = "037"
        FlashPixVersion = "0100"
        ColorSpace = 1
        ExifImageWidth = 3264
        ExifImageLength = 2448
        SensingMethod = 2
        SceneType = ""
        ExposureMode = 0
        WhiteBalance = 0
        FocalLengthIn35mmFilm = 33
        SceneCaptureType = 0
        Unknown Tag a432 Value = 103/25, 103/25, 12/5, 12/5
        Unknown Tag a433 Value = "Apple"
        Unknown Tag a434 Value = "iPhone 5 back camera 4.12mm f/2.4"
    GPS Dir offset = 996
    GPS info dir:(dir has 10 entries)
        GPSLatitudeRef      ="N"
        GPSLatitude         =51/1, 51/1, 311/100, 51/1, 311/100, 2/1, 311/100, 2/1, 12/1
        GPSLongitudeRef     ="W"
        GPSLongitude        =2/1, 12/1, 1889/100, 12/1, 1889/100, 17151/857, 1889/100, 17151/857, 16/1
        GPSAltitudeRef      =00
        GPSAltitude         =17151/857
        GPSTimeStamp        =16/1, 16/1, 3560/100, 16/1, 3560/100, 0/1, 3560/100, 0/1, 842019125/976237882
        GPSSpeedRef         ="K"
        GPSSpeed            =0/1
        GPSDateStamp        ="2015:05:28"
    Continued directory (dir has 6 entries)
        Compression = 6
        XResolution = 72/1
        YResolution = 72/1
        ResolutionUnit = 2
        ThumbnailOffset = 1316
        ThumbnailLength = 10991
Thumbnail size: 10991 bytes
Image cotains XMP section, 1939 bytes long
??http://ns.adobe.com/xap/1.0/?<x:xmpmeta xmlns:x="adobe:ns:meta/" x:xmptk="XMP Core 5.4.0">
   <rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#">
      <rdf:Description rdf:about=""
            xmlns:mwg-rs="http://www.metadataworkinggroup.com/schemas/regions/"
            xmlns:stDim="http://ns.adobe.com/xap/1.0/sType/Dimensions#"
            xmlns:apple-fi="http://ns.apple.com/faceinfo/1.0/"
            xmlns:stArea="http://ns.adobe.com/xmp/sType/Area#">
         <mwg-rs:Regions rdf:parseType="Resource">
            <mwg-rs:AppliedToDimensions rdf:parseType="Resource">
               <stDim:h>2448</stDim:h>
               <stDim:w>3264</stDim:w>
               <stDim:unit>pixel</stDim:unit>
            </mwg-rs:AppliedToDimensions>
            <mwg-rs:RegionList>
               <rdf:Seq>
                  <rdf:li rdf:parseType="Resource">
                     <mwg-rs:Extensions rdf:parseType="Resource">
                        <apple-fi:Timestamp>-1596906250</apple-fi:Timestamp>
                        <apple-fi:FaceID>2</apple-fi:FaceID>
                        <apple-fi:ConfidenceLevel>352</apple-fi:ConfidenceLevel>
                        <apple-fi:AngleInfoYaw>0</apple-fi:AngleInfoYaw>
                        <apple-fi:AngleInfoRoll>270</apple-fi:AngleInfoRoll>
                     </mwg-rs:Extensions>
                     <mwg-rs:Area rdf:parseType="Resource">
                        <stArea:y>0.503881</stArea:y>
                        <stArea:w>0.306066</stArea:w>
                        <stArea:unit>normalized</stArea:unit>
                        <stArea:x>0.418658</stArea:x>
                        <stArea:h>0.408088</stArea:h>
                     </mwg-rs:Area>
                     <mwg-rs:Type>Face</mwg-rs:Type>
                  </rdf:li>
               </rdf:Seq>
            </mwg-rs:RegionList>
         </mwg-rs:Regions>
      </rdf:Description>
   </rdf:RDF>
</x:xmpmeta>
Jpeg section marker 0xdb size 132
Jpeg section marker 0xdd size 4
JPEG image is 3264w * 2448h, 3 color components, 8 bits per sample
Jpeg section marker 0xc4 size 418
File name    : IMG_3913.JPG
File size    : 2026129 bytes
File date    : 2015:05:28 17:16:43
Camera make  : Apple
Camera model : iPhone 5
Date/Time    : 2015:05:28 17:16:43
Resolution   : 3264 x 2448
Orientation  : rotate 90
Flash used   : No (auto)
Focal length :  4.1mm  (35mm equivalent: 33mm)
Exposure time: 0.0083 s  (1/120)
Aperture     : f/2.4
ISO equiv.   : 80
Whitebalance : Auto
Metering Mode: pattern
Exposure     : program (auto)
GPS Latitude : N 51d 51m  3.11s
GPS Longitude: W  2d 12m 18.89s
GPS Altitude :  20.01m

您可能会在图像文件名（佳能专业相机做到这一点）或 EXIF 数据中找到一个序列号 - 这将是理想的。

如果做不到这一点，最简单的方法可能是在每个相机上设置不同的日期，例如正确设置日期和时间，但将摄像机 1 的年份设置为 2001，摄像机 2 的年份设置为 2002，摄像机 3 的年份设置为 2003。