为了鉴别数字图像的真实性,数字图像取证技术应运而生。其研究内容包括识别图像来源,区分真实图像与电脑合成图像,检测经历过的图像处理操作,以及揭露篡改图像的行为等。虽然取证技术已经得到长足的发展,但是已有取证技术往往在理想环境下展开研究,取证方法具有较大的局限性。本论文研究多操作组成的操作链检测问题,该问题更接近真实的取证环境。通过分析操作链引起的图像统计特性的变化,构建操作链模型,提出反映统计特性变化的特征,设计检测算法。这一研究意在揭露图像更加完整的操作历史。主要取得了以下创新成果:(1)通过分析单操作特征在操作链环境下的变化,提出单操作特征的鲁棒性度量的概念,使用两个鲁棒性强的单操作特征构成“操作链组成指纹”,使用鲁棒性一强一弱的两个单操作特征构成“操作链次序指纹”。检测方法包括两个步骤,第一步检测操作链的组成,第二步判断操作次序。(2)在理论上分析了直方图均衡化能否产生均匀分布的直方图这一存在争议的问题。在国际上首次提出了操作链“直方图均衡化-类抖动操作”的取证问题。通过对该操作链进行建模,分析得到均匀分布直方图为这一操作链的指纹特征。引入了局部二值模版特征,以区分操作链中采用的具体的类抖动操作。除了可以检测操作链外,该算法还可以用于图像篡改检测。(3)首次提出了操作链“JPEG-重采样-JPEG”的取证问题。在像素域分析发现“变形的块效应网格”特征,该特征可用于检测操作链,还可用于估计重采样因子。通过在DCT域实现缩放操作展开分析,发现DCT系数相关性和重采样因子间的关系,从而用于设计DCT域检测方法。(4)在理论上证明采用随机特征选择策略的检测子可以有效抵抗最优的反取证操作。将得到的理论结果应用于前操作为自适应的直方图均衡化或中值滤波,后操作为特征域或像素域攻击方法。实验结果验证了所提方法在没有反取证操作时,检测性能只有小幅下降,而在有反取证操作时,使原本失效的检测子大幅提升性能。