Đang tải... (xem toàn văn)
DSpace at VNU: Phát hiện ảnh giả mạo tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các...
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM YẾN PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ NĂNG TOÀN NĂM 2007 CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT 2-D 2- Dimension 3-D AC CCD Covariance Matrix DC DCT DPI EM Image Enhancement PCA 3- Dimension Alternating Current Change Coupled Divice Ma trận đồng biến Direct Current Discrete Cosin Transform Dot per inch Expectation/Maximization algorithm Tăng cường ảnh Principal Component Analysis DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn xử lý ảnh Hình 1.2 Các thành phần hệ thống xử lý ảnh Hình 1.3 Minh họa việc giả mạo ảnh 10 Hình 1.4 Minh họa cho loại giả mạo ghép ảnh .Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Minh họa cho loại giả mạo tăng cường ảnh Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Ảnh che phủ bỏ đối tượng Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Ảnh bổ sung đối tượng Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Sơ đồ việc phát giả mạo dựa vào sở liệu Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Minh họa loại nguồn sáng .Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Kết áp dụng thuật tốn so khớp bền vững cho hình 1.7b Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Kết thuật toán phát dựa PCA Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Lấy mẫu lại tín hiệu với tỷ lệ 4/3 Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Kết thực thuật tốn EM cho tín hiệu hình 2.4 Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Ví dụ lấy mẫu lại ảnh Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Kết thuật toán EM áp dụng để ước lượng xác suất Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Ví dụ cho thuật toán phát việc lấy mẫu lại Error! Bookmark not defined Hình 2.9 Minh họa biểu đồ xác suất nhân tạo Error! Bookmark not defined Hình 2.10 Độ xác thuật tốn phát với tham số lấy mẫu lại khác Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Ảnh giả tạo việc copy vùng khói dán vào ảnh nhiều lần Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Ảnh bổ sung đối tượng Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Ảnh giả tạo từ ảnh hình 3.4 Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Hai ảnh gốc để tạo ảnh giả hình 3.3 Error! Bookmark not defined 3 Hình 3.5 Kết thuật toán ước lượng hướng nguồn sáng cho đối tượng ảnh Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Giao diện chương trình Error! Bookmark not defined Hình 3.7 (a) ảnh gốc; (b) ảnh giả mạo; (c) Kết thực thuật toán Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Kết thuật tốn phát với kích thước khối khác .Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Kết thuật tốn phát ảnh giả mạo hình 3.2b Error! Bookmark not defined 4 MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ ngành Khoa học máy tính bùng nổ lĩnh vực Công nghệ thông tin đẩy nhanh phát triển nhiều lĩnh vực quân sự, y học, giáo dục, kinh tế, giải trí v.v Sự phát triển phần cứng phương diện thu nhận, hiển thị, với tốc độ xử lý mở nhiều hướng cho phát triển phần mềm, đặc biệt Công nghệ xử lý ảnh đời phát triển nhanh Sức mạnh phần mềm soạn thảo xử lý ảnh Photoshop giúp cho việc tạo ảnh giả mạo ngày dễ dàng Các chương trình xử lý ảnh thêm vào bỏ đặc trưng ảnh mà để lại dấu hiệu giả mạo v.v Người ta tạo ảnh giả mạo thường nhằm vào mục đích vu cáo, tạo tin giật gân, đánh lừa đối thủ, làm sai lệch chứng phạm tội v.v Do vậy, việc phát ảnh giả mạo vấn đề phải đặt ngày cấp bách trở nên khó khăn Mặc dù nhu cầu việc phát giả mạo ảnh số công nhận cộng đồng nhà nghiên cứu, tài liệu có giá trị lĩnh vực Trong việc chống giả mạo ảnh, người ta nghiên cứu kỹ thuật tạo quyền ảnh sở giấu thông tin cần thiết vào ảnh trước phát hành để tránh tình trạng chép bất hợp pháp để tiện cho việc phát sửa đổi cắt ghép sau Theo cách tiếp cận này, thiết bị máy ảnh số camera ngày thường bổ sung tính quyền trình thu nhận ảnh Dựa vào sau ta biết nguồn gốc ảnh Nhờ mà biết có phải ảnh gốc hay khơng? Cách tiếp cận dựa vào giả thiết việc giả mạo ảnh làm thay đổi thông tin quyền Tuy nhiên, hạn chế cách tiếp cận thông tin quyền phải chèn vào thời gian thu nhận ảnh nên giới hạn với camera số trang bị đặc biệt Trên điểm qua tầm quan trọng vấn đề phát ảnh giả mạo điều cho ta thấy rõ tính cần thiết tính thời đồng thời ý nghĩa khoa học thực tiễn vấn đề Nhận thức điều này, chọn đề tài: “Phát ảnh giả mạo” cho luận văn 5 Bố cục luận văn bao gồm phần mở đầu, phần kết luận ba chương nội dung tổ chức sau: Chương 1: Tổng quan xử lý ảnh giả mạo ảnh Chương trình bày tổng quan hệ thống xử lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh, đồng thời trình bày tổng quan ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo, cụ thể dạng ảnh giả mạo cách tiếp cận để phát ảnh giả mạo Chương 2: Một số phương pháp phát ảnh giả mạo Chương trình bày số kỹ thuật phát ảnh giả mạo như: Kỹ thuật phát dựa vào phân tích nguồn sáng, kỹ thuật phát dựa vào việc tìm dấu vết việc lấy mẫu lại kỹ thuật phát dựa vào việc tìm vùng lặp ảnh Chương 3: Ứng dụng Trình bày ứng dụng kỹ thuật phát ảnh giả mạo sử dụng Visual C++ cài đặt kỹ thuật phát vùng lặp ảnh để phát loại ảnh giả mạo sinh thao tác copy dịch chuyển vùng ảnh 6 Chương – TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GIẢ MẠO ẢNH Chương trình bày tổng quan hệ thống xử lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh, đồng thời trình bày tổng quan ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo, cụ thể dạng ảnh giả mạo với cách tiếp cận để phát ảnh giả mạo 1.1 Xử lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh gì? Xử lý ảnh khoa học tương đối mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, quy mô công nghiệp, song xử lý ảnh bắt đầu xuất máy tính chuyên dụng Để hình dung cấu hình hệ thống xử lý ảnh chuyên dụng hay hệ thống xử lý ảnh dùng nghiên cứu, đào tạo, trước hết xem xét bước cần thiết xử lý ảnh Trước hết trình thu nhận ảnh Ảnh thu nhận qua camera Thường ảnh thu nhận qua camera tín hiệu tương tự (loại camera ống kiểu CCIR), tín hiệu số hóa (loại CCD-Change Coupled Device) Ảnh thu nhận từ vệ tinh qua cảm ứng (sensor), hay ảnh, tranh quét scanner Tiếp theo q trình số hóa để biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) số hóa lượng hóa, trước chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lưu trữ lại Q trình phân tích ảnh bao gồm nhiều cơng đoạn nhỏ Trước hết công việc tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh Do nguyên nhân khác nhau: chất lượng thiết bị thu nhận ảnh, nguồn sáng hay nhiễu, ảnh bị suy biến Do cần phải tăng cường khôi phục lại ảnh để làm bật số đặc tính ảnh, hay làm cho ảnh gần giống với trạng thái gốc – trạng thái trước ảnh bị biến dạng Giai đoạn phát đặc tính biên, phân vùng ảnh, trích chọn đặc tính, v.v Cuối cùng, tùy theo mục đích người sử dụng, giai đoạn nhận dạng, phân lớp hay định khác Các giai đoạn q trình xử lý ảnh mơ tả qua hình 1.1[1] Thu nhận (Camera, scanner, sensor, ) Tiền xử lý (Nắn chỉnh, xóa nhiễu, ) Trích chọn đặc trưng Lưu trữ Hậu xử lý (Chính xác hóa, rút gọn, ) Kết luận Hệ định Hình 1.1 Các giai đoạn xử lý ảnh Với giai đoạn trên, hệ thống xử lý ảnh gồm thành phần tối thiểu hình sau: Màn hình đồ họa Camera Bộ nhớ Bộ xử lý tương tự Bộ nhớ ảnh Máy chủ Bộ xử lý ảnh số ngồi Màn hình Bàn phím Máy in Hình 1.2 Các thành phần hệ thống xử lý ảnh Đối với hệ thống xử lý ảnh thu nhận qua camera - camera mắt hệ thống Có loại camera: camera ống loại CCIR camera CCD Loại camera ứng với chuẩn CCIR quét ảnh với tần số 1/25 ảnh gồm 625 dòng Loại CCD gồm photo điốt làm tương ứng cường độ sáng điểm ảnh với phần tử ảnh (pixel) Như vậy, ảnh tập hợp điểm ảnh Số pixel tạo nên ảnh gọi độ phân giải Bộ xử lý tương tự thực chức sau: Chọn camera thích hợp hệ thống có nhiều camera Chọn hình hiển thị tín hiệu Thu nhận tín hiệu video số hóa Thực lấy mẫu mã hóa Tiền xử lý ảnh thu nhận: dùng kỹ thuật bảng tra (Look Up Table) Bộ xử lý ảnh số gồm nhiều xử lý chuyên dụng: xử lý lọc, trích chọn đường bao, nhị phân hóa ảnh Máy chủ đóng vai trò điều khiển thành phần miêu tả Bộ nhớ ngoài: Dữ liệu ảnh liệu khác, để chuyển giao cho q trình khác, cần lưu trữ Các khái niệm xử lý ảnh Điểm ảnh (pixel): Biểu diễn cường độ sáng hay dấu hiệu tọa độ đối tượng không gian Điểm ảnh hàm nhiều biến P(x1, x2, , xn) n số chiều ảnh Ảnh: tập hợp điểm ảnh, thông thường biểu diễn dạng ma trận điểm ảnh Mức xám: kết mã hóa tương ứng cường độ sáng điểm ảnh với giá trị số - kết q trình lượng hóa Cách mã hóa kinh điển thường dùng 16, 32 hay 64 mức Biểu đồ tần suất: Biều đồ tần suất mức xám g ảnh I số điểm ảnh I có mức xám g 9 1.1.2 Các vấn đề xử lý ảnh 1.1.2.1 Biểu diễn ảnh Ảnh thu nhận từ thiết bị thu nhận ảnh Sau thu nhận, ảnh lưu trữ máy tính Q trình lưu trữ gồm mục đích: tiết kiệm nhớ giảm thời gian xử lý Ảnh lưu trữ nhớ có ảnh hưởng lớn đến việc hiển thị, in ấn xử lý Ảnh tập hợp điểm ảnh có kích thước sử dụng nhiều điểm ảnh ảnh mịn đẹp thể rõ chi tiết ảnh, người ta gọi đặc điểm độ phân giải Việc lựa chọn độ phân giải phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng đặc trưng loại ảnh cụ thể Chẳng hạn, ảnh dùng văn thường thể dạng đen trắng có độ phân giải 300 DPI, ảnh vẽ, đồ có độ phân giải 200DPI Trên sở đó, ảnh biểu diễn theo mơ hình RASTER VECTOR Mơ hình RASTER: Theo mơ hình này, ảnh biểu diễn dạng ma trận điểm ảnh Tùy theo yêu cầu thực tế mà điểm ảnh biểu diễn nhiều bít Ngày thiết bị phần cứng phát triển chủ yếu theo định hướng Raster cho thiết bị đầu vào đầu Ví dụ: máy in, máy quét v.v Một nghiên cứu chủ yếu mơ hình raster kỹ thuật nén ảnh, chia khuynh hướng nén bảo tồn nén khơng bảo tồn thơng tin Nén bảo tồn thơng tin có khả phục hồi hồn tồn liệu ban đầu Nén khơng bảo tồn thơng tin có khả phục hồi liệu ban đầu với sai số chấp nhận Trên sở người ta xây dựng nhiều khuôn dạng ảnh khác nhau: *.pcx, *.tif, *.gif, *.jpg, *.jpeg, v.v Mơ hình VECTOR: Ảnh lưu trữ máy tính ngồi u cầu giảm khơng gian lưu trữ, thời gian xử lý, dễ dàng cho hiển thị in ấn phải đảm bảo dễ dàng lựa chọn, chép, di chuyển tìm kiếm Theo yêu cầu này, kỹ thuật biểu diễn Vector tỏ ưu việt 10 Trong mơ hình Vector, ảnh biểu diễn điểm ảnh đường thể hướng điểm Ảnh dạng Vector thu nhận từ thiết bị sensor, digitalier, v.v Ngày nay, thiết bị phần cứng phát triển mạnh theo hướng Raster cho đầu vào đầu nên nghiên cứu chủ yếu mơ hình Vector tập trung cho chuyển đổi từ ảnh Raster sang ảnh Vector 1.1.2.2 Nắn chỉnh biến dạng Ảnh thu sau trình thu nhận thường bị biến dạng thiết bị quang học điện tử Do cần phải có khâu nắn chỉnh biến dạng Để nắn chỉnh biến dạng ta dựa vào tập điểm điều khiển ( Pi , Pi ' ) (i 1, , n) Cần tìm hàm: f : Pi f (Pi ) cho: n i 1 f ( Pi ) Pi ' 1.1.2.3 Khử nhiễu Trong trình thu nhận ảnh khơng thể tránh khỏi bị nhiễu Có loại nhiễu bản: - Nhiễu hệ thống: loại nhiễu gây hệ thống, vết xước nguồn sáng ngoại lai Loại nhiễu có tính chất chu kỳ dễ khắc phục phép biến đổi - Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân Loại nhiễu thường khó khử, tùy vào ảnh cụ thể mà có cách khắc phục Thông thường sử dụng phép lọc 1.1.2.4 Nhận dạng ảnh Nhận dạng ảnh trình liên quan đến mô tả đối tượng mà người ta muốn đặc tả Q trình nhận dạng thường sau q trình trích chọn đặc tính chủ yếu đối tượng Có hai kiểu mơ tả đối tượng: - Mơ tả tham số (nhận dạng theo tham số) - Mô tả theo cấu trúc (nhận dạng theo cấu trúc) Trên thực tế, người ta áp dụng kỹ thuật nhận dạng thành công với nhiều đối tượng khác như: nhận dạng ảnh vân tay, nhận dạng chữ (chữ cái, chữ số, chữ có dấu) 11 Nhận dạng chữ in đánh máy phục vụ cho việc tự động hóa q trình đọc tài liệu, tăng nhanh tốc độ chất lượng thu nhận thơng tin từ máy tính Nhận dạng chữ viết tay (với mức độ ràng buộc khác cách viết, kiểu chữ, v.v ) phục vụ cho nhiều lĩnh vực Ngoài hai kỹ thuật nhận dạng trên, kỹ thuật nhận dạng dựa vào kỹ thuật mạng nơron áp dụng cho kết khả quan 1.2 Ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo 1.2.1 Ảnh giả mạo Ảnh giả mạo xem ảnh khơng có thật, việc có ảnh ngụy tạo chương trình xử lý ảnh trình thu nhận ảnh Sức mạnh chương trình xử lý ảnh số PhotoShop, Corel Draw, v.v giúp việc tạo ảnh giả mạo từ hay nhiều ảnh khác trở nên dễ dàng Một ví dụ cho việc giả mạo hình 1.3 Hình tạo lập từ ảnh: Nhà trắng, Bill Clinton Saddam Hussein Bill Clinton Saddam Hussein cắt dán vào ảnh Nhà trắng Các hiệu ứng bóng ánh sáng tạo làm cho ảnh nhìn hồn tồn thật Hình 1.3 Minh họa việc giả mạo ảnh 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Thanh Thủy (2002), “Nhập môn xử lý ảnh số”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Đỗ Năng Toàn, Vũ Đức Thi (2006), “Tổng quan phát giả mạo ảnh kỹ thuật số”, Hội nghị khoa học kỷ niệm 30 năm thành lập Viện Công nghệ thơng tin 27-28/12/2006 [3] Đỗ Năng Tồn, Hà Xn Trường, Phạm Việt Bình (2007), “Một cải tiến cho thuật tốn phát ảnh giả mạo robust match”, Hội nghị nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin – FAIR 09-10/08/2007 Tiếng Anh: [4] A C Popescu and H Farid (2004), Exposing digital forgeries by detecting duplicated image regions, IEEE Transactions on Signal Processing [5] A C Popescu and H Farid (2005), Exposing digital forgeries by detecting traces of resampling, IEEE Transactions on Signal Processing, 53(2):758- 767 [6] A C Popescu and H Farid (2005), Exposing digital forgeries in color filter array interpolated images, IEEE Transactions on Signal Processing, (in press) [7] Alin C Popescu and Hany Farid (2005), Exposing Digital Forgeries in Color Filter Array Interpolated Images, IEEE Transactions on Signal Processing, Vol 53, Issue 10, Part 2, pp 3948-3959 [8] J Fridrich, D Soukal, and J Lukás (2003), Detection of copy-move forgery in digital images, In Proceedings of DFRWS [9] J Fridrich (1998), Methods for Detecting Changes in Digital Images, Proc of The 6th IEEE International Workshop on Intelligent Signal 13 Processing and Communication Systems (ISPACS'98), Melbourne, Australia, pp 173–177 [10] J Lukas, J Fridrich, and M Goljan (2005), Determining digital image origin using sensor imperfections, In Proceedings of the SPIE, volume 5685, pages 249-260 [11] Micah K.Johnson and Hany Farid (2005), Exposing Digital Forgeries by Detecting Inconsistencies in Lighting, ACM Multimedia and Security Workshop, New York, NY [12] P Nillius and J.-O Eklundh (2001), Automatic estimation of the projected light source direction, In Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition [13] Y Ostrovsky, P Cavanagh, and P Sinha (2001), Perceiving illumination inconsistencies in scenes, Technical Report AI Memo 2001-029, Massachusetts Institute of Technology [14] http://science.slashdot.org/article.pl?sid=04/07/24/1459257 [15] http://www.graphics.cornell.edu/outreach/mastodon/ aerial-views.html [16] http://www.dartmouth.edu/~news/releases/2004/07/01.html [17] http://www.networkworld.com/newsletters/sec/2006/1016sec1.html ... xử lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh, đồng thời trình bày tổng quan ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo, cụ thể dạng ảnh giả mạo cách tiếp cận để phát ảnh giả mạo Chương 2: Một số phương pháp phát ảnh giả mạo. .. lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh, đồng thời trình bày tổng quan ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo, cụ thể dạng ảnh giả mạo với cách tiếp cận để phát ảnh giả mạo 1.1 Xử lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh. .. quan 1.2 Ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo 1.2.1 Ảnh giả mạo Ảnh giả mạo xem ảnh khơng có thật, việc có ảnh ngụy tạo chương trình xử lý ảnh trình thu nhận ảnh Sức mạnh chương trình xử lý ảnh số PhotoShop,