近几年,随着数字图像处理软件和互联网技术的迅速发展,数字图像的篡改和传播成本越来越低,从而给司法、刑侦、名誉保护乃至社会稳定等带来巨大的挑战。因此,研究有效的图像篡改定位算法变得愈加重要。现有彩色图像篡改定位算法通常将彩色图像的三个通道分别进行处理,这忽略了三个通道的整体性以及它们之间的相关性。因此,本文首先采用四元数整体式处理方案将分数阶余弦变换(Fractional Cosine Transform,FrCT)和分数阶Zernike矩(Fractional Zernike Moments,FrZMs)分别有效推广应用于彩色图像,然后结合改进的PatchMatch算法实现实现彩色图像篡改的有效定位。本文的主要研究内容如下:(1)基于四元数彩色图像表征方法,定义分数阶四元数余弦变换(Fractional Quaternion Cosine Transform,FrQCT)和分数阶四元数Zernike矩(Fractional Zernike Quaternion Moments,FrQZMs),分别将传统的FrCT和FrZMs有效推广到四元数领域。同时通过推导FrQCT与FrCT之间的关系以及FrQZMs与FrZMs之间的关系,分别提出FrQCT和FrQZMs的有效离散化计算方法。(2)利用FrQCT提取彩色篡改图像特征,采用基于反射偏移和优先级匹配机制改进的PatchMatch算法进行特征匹配,提出一种有效的彩色图像篡改定位算法。在FAU和GRIP两个公开数据库上的实验结果表明,本文提出的算法优于现有其它算法,对附加操作和攻击,具有很好的鲁棒性。(3)针对(2)中采用的改进PatchMatch匹配算法易受随机初始化影响的问题,使用基于统计特性的可靠近似邻近搜索算法(ROSANNA)对PatchMatch算法的初始化和邻域传播过程进一步改进。然后,利用FrQZMs提取彩色篡改图像特征,提出一种新的更有效的篡改定位算法。在FAU和GRIP两个公开数据库上的实验结果表明,提出算法进一步改进了(2)中的算法,具有更好的效果。