Phát hiện ảnh giả mạo tự động

Bài viết tập trung vào việc phát hiện một kiểu giả mạo ảnh số, gọi là ảnh inpainting, nơi mà một đối tượng hoặc vùng ảnh được làm giả bằng cách sao chép từ nhiều vùng ảnh khác trong cùng ảnh đó. Hiệu suất của thuật toán được đánh giá dựa trên một loạt các thí nghiệm thực tế đối với các ảnh được làm giả bằng kĩ thuật inpainting.

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2015, Vol 60, No 7A, pp 112-120 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1075.2015-0058 PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO TỰ ĐỘNG Dương Thị Thúy Hoàng Đặng Thành Trung Khoa Khoa Điện tử - Tin học, Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt Cơng nghệ ngày cho phép người dùng chỉnh sửa thay đổi nội dung ảnh cách dễ dàng đơn giản Kết là, ngày nhiều ảnh số làm giả mạo Vì vậy, việc phát triển kĩ thuật để xác thực ảnh số đánh giá độ tin cậy nội dung ảnh số vô quan trọng cần thiết, đặc biệt ảnh số có liên quan đến pháp luật chứng, chứng Trong báo này, tập trung vào việc phát kiểu giả mạo ảnh số, gọi ảnh inpainting, nơi mà đối tượng vùng ảnh làm giả cách chép từ nhiều vùng ảnh khác ảnh Hiệu suất thuật tốn đánh giá dựa loạt thí nghiệm thực tế ảnh làm giả kĩ thuật inpainting Từ khóa: Inpainting, phát ảnh giả mạo, giả mạo ảnh, làm giả ảnh Mở đầu Ngày nay, ảnh số sử dụng rộng rãi giao tiếp chúng chứa nhiều thơng tin đoạn văn lời thoại Tuy nhiên, phát triển công nghệ phần mềm xử lí ảnh, nên việc chỉnh sửa biên soạn lại ảnh số vô đơn giản Vì việc tạo ảnh giả mạo mà mắt người khơng thể khó phát hồn tồn khả thi Do việc phát ảnh giả mạo cần thiết quan trọng Điều đưa tới hướng nghiên cứu mới, phát ảnh số giả mạo tự động Gần đây, kĩ thuật phát ảnh giả mạo ngày nhiều trọng Nói chung, kĩ thuật chia thành hai nhóm: phát chủ động phát thụ động tùy theo việc nhúng thông tin phụ vào ảnh trước hay sau làm giả Kĩ thuật phát chủ động thường ám đến kĩ thuật thủy vân ảnh Tuy nhiên, kĩ thuật có nhược điểm thơng tin phụ (thủy vân) phải nhúng trước làm giả mạo ảnh, nói cách khác sau tạo ảnh Thêm vào đó, kĩ thuật thủy vân khơng thể phát xác nơi ảnh bị chỉnh sửa mà xác định ảnh có bị chỉnh sửa hay không Ngược lại, kĩ thuật thụ động làm việc mà khơng cần thơng tin phụ, kĩ thuật cần tham số đầu vào ảnh cần kiểm tra Có nhiều kĩ thuật phát ảnh giả mạo thuộc nhóm Trong [1], Hany Farid đồng nghiệp đề xuất loạt tiêu để phân nhóm nhỏ Các kĩ thuật phát thụ động xem hướng có nhiều hứa hẹn Ngày nhận bài: 15/7/2015 Ngày nhận đăng: 01/11/2015 Liên hệ: Dương Thị Thúy Hoàng, e-mail: thuyhoang1206@gmail.com 112 Phát ảnh giả mạo tự động Một thao tác chung kĩ thuật giả mạo ảnh việc chép vùng ảnh, nơi mà phần liên tục điểm ảnh chép dán vị trí khác hình ảnh Hơn nữa, để tạo sức thuyết phục làm suốt vùng ảnh giả mạo, vùng ảnh nhân đôi thường điều chỉnh để thích ứng với đặc điểm hình học độ sáng ảnh Kĩ thuật giả mạo gọi kĩ thuật chép cắt dán Do đó, kĩ thuật phát ảnh giả mạo thuộc nhóm thường gọi kĩ thuật phát chép cắt dán Có hai hướng để phát vùng chép phương pháp dựa khối [3, 6] phương pháp dựa điểm đặc trưng [7, 9] Ngày nay, việc tạo ảnh giả mạo chép cắt dán chất lượng cao trở nên đặc biệt dễ dàng sẵn có phần mềm xử lí hình ảnh hiệu thân thiện Do đó, phát giả mạo ngày trở nên khó khăn Trong báo này, tập trung vào việc phát hình thức giả mạo ảnh số cụ thể, gọi kĩ thuật phục hồi ảnh tự động inpainting Mục tiêu kĩ thuật phục hồi ảnh chỉnh sửa nội dung ảnh cho mắt người phát vùng bị chỉnh sửa Kĩ thuật phức tạp kĩ thuật giả mạo chép cắt dán nguồn gốc thơng tin chép vùng khơng liên tục Cụ thể vùng làm giả chép từ nhiều vùng nhỏ vị trí khác ảnh (Hình 1-b) thay từ vùng liên tục (Hình 1-a) Do tính chất tốn khác nên hầu hết kĩ thuật phát chép cắt dán có khơng thể áp dụng cho tốn Hình Sự khác biệt hai kĩ thuật giả mạo Một giả mạo hình ảnh cách sử dụng (a) Phương pháp chép di chuyển; (b) Phương pháp inpainting Trên thực tế, kĩ thuật inpainting sử dụng để làm giả mạo ảnh (Hình 2), lại có nghiên cứu việc phát ảnh giả mạo thuộc loại Hình Ví dụ giả mạo inpainting cách sử dụng phương pháp [10] (a) Hình ảnh ban đầu; (b) Một hình ảnh inpainting Das đồng nghiệp [11] đề xuất thuật toán phát dựa đặc trưng liên kết phần tử không (zero-connective feature) quan hệ mờ Chang đồng nghiệp [12] giới thiệu kĩ thuật phát dựa mối quan hệ đa miền để nhận dạng vùng ảnh giả mạo sử dụng kĩ 113 Dương Thị Thúy Hoàng Đặng Thành Trung thuật inpainting Một kết tốt đề xuất Cozzolino đồng nghiệp [13], sử dụng tính toán trường chuyển động dày đặc dựa việc phát khối trùng khớp [14] Tuy nhiên, hầu hết số họ phức tạp không đáng tin cậy Trong báo này, phương pháp hiệu đáng tin cậy để phát ảnh giả mạo kĩ thuật inpainting giới thiệu Kĩ thuật đề xuất thiết kế dựa nguyên tắc áp dụng thuật tốn inpainting Mục tiêu nhằm mục đích phát hình ảnh đầu vào có chỉnh sửa theo nguyên tắc nêu hay không Hiệu suất phương pháp đề xuất đánh giá tập hợp hình ảnh tự nhiên khác bị chỉnh sửa kĩ thuật inpainting Chúng đánh giá mức độ ổn định thuật toán áp dụng thuật toán phục hồi inpainting khác Bài báo tổ chức với phần Phần báo tổ thức sau: Phần mô tả ngắn gọn số nghiên cứu liên quan đến phương pháp phát giả mạo thực tế, mô tả đề xuất phần 2.1 Phần 2.2 trình bày kết thực nghiệm đánh giá hiệu sử dụng phép đo khách quan Cuối cùng, báo kết thúc phần kết luận hướng nghiên cứu tương lai Tổng quan kĩ thuật phát ảnh chép cắt dán Hiện nay, có nhiều phương pháp đề xuất để phát chép cắt dán giả mạo Hầu hết số chúng bao gồm hai bước cụ thể so sánh tính đặc trưng lọc Bước việc so sánh khối ảnh, tức tìm cặp khối tương tự ảnh Các khối ảnh chiết xuất từ hình ảnh cho giả mạo sau so sánh với Sự giống cao hai khối hiểu là khu vực bị chép Do khác biệt độ phức tạp tính tốn, chi tiết phát hiện, có hai biến thể để tính tốn vector đặc trưng: dựa khối dựa điểm đặc trưng Đối với tính dựa khối, đầu vào hình ảnh chia thành khối ảnh chồng lên Sau đó, vector đặc trưng sinh từ khối Việc so sánh hai khối tương tự xem xét thông qua hai vector đặc trưng đại diện tương ứng Trong [3], Fridrich đồng nghiệp đề xuất việc sử dụng 256 hệ số phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) đặc trưng cho khối Để giảm số chiều không gian so sánh, Popescu đồng nghiệp [4] áp dụng phép phân tích thành phần (PCA) cho khối Mahdian đồng nghiệp [5] giới thiệu việc sử dụng 24 hệ số moments bất biến mờ Trong Bravo-Solorio đồng nghiệp [6] sử dụng entropy khối vector đặc trưng để so sánh khối Không giống đặc trưng dựa khối, việc xác định đặc trưng dựa điểm đặc trưng lựa chọn khu vực hình ảnh có entropy cao để giảm độ phức tạp tính tốn cách phù hợp Do đó, số lượng vector đặc trưng xem xét ước tính Ví dụ, đặc trưng SIFT sử dụng [7, 8] trong [9], dựa vào đặc trưng SURF Bước thứ hai thuật toán bao gồm lược đồ lọc để loại bỏ bớt so sánh sai trì cặp khối so sánh Các khối tương tự có nguồn gốc từ việc chép vùng ảnh thường có đặc tính giống tịnh tiến, co giãn xoay Kĩ thuật lọc sử dụng chủ yếu xem xét số lượng tối thiểu khối tương tự có tịnh tiến giống nhiều ngưỡng Khi kết luận hai vùng chứa khối tương tự bị chép Ví dụ, tồn số khối chép đơn thuần, tức không bị xoay co dãn, tồn loạt vector tịnh tiến hướng bất thường Do đó, việc xác định vùng giả mạo chép dựa vào số lượng vector tịnh tiến khối tương tự 114 Phát ảnh giả mạo tự động 2.1 Nội dung nghiên cứu Đề xuất để phát ảnh inpainting Kĩ thuật inpainting, gọi kĩ thuật phục hồi ảnh, liên quan đến việc điền thông tin ảnh vào vùng cụ thể cho mắt người khơng thể phát Ngày nay, có nhiều kĩ thuật inpainting đề xuất Hầu hết số phân thành hai loại dựa tiêu chí khác [10] Nhóm thứ phương pháp nội suy [15-17], việc điền thơng tin vào vùng cụ thể tính tốn dựa phép toán nội suy Các phương pháp thuộc nhóm phù hợp với vùng chép nhỏ hẹp vết trầy xước ảnh hiệu vùng chép rộng lớn Ngược lại, nhóm thứ hai phương pháp dựa khối [10, 18-20] Các phương pháp thuộc nhóm có hiệu suất ấn tượng việc khôi phục vùng ảnh lớn Trong báo này, tập trung vào việc phát ảnh giả mạo kĩ thuật thuộc nhóm thứ hai phù hợp phục hồi xóa vùng ảnh lớn Đối với phương pháp thuộc nhóm này, hầu hết thông tin vùng giả mạo chép dựa khối tương tự với độ ưu tiên xác định trước Tuy nhiên, mơ tả trước đó, kĩ thuật chép cắt dán chép cắt dán vùng liên tục thay chép vùng vào vùng cần giả mạo Đây lí phát chép cắt dán áp dụng ảnh bị giả mạo inpainting Sau quan sát phân tích nguyên tắc thuật toán phục hồi ảnh kĩ thuật inpainting, đề xuất phương pháp để phát vùng ảnh giả mạo thuộc nhóm Các thuật tốn đề xuất tóm tắt thơng qua ba bước mơ tả Trước hết, số kí hiệu sử dụng thuật tốn bao gồm: Một khối có tâm điểm ảnh p kí hiệu khối ψ p Kích thước khối ba ngưỡng θ , θ , θ tham số ⊲ So khớp khối: Vì hầu hết thuật tốn phục hồi dựa khối xây dựng dựa phân tích khối tương tự, đó, bước thuật tốn tìm kiếm tất khối tương tự (ψ p ;ψ i ) hình ảnh đầu vào, ψ i khối ứng cử viên Một danh sách cặp khối đáp ứng ba tiêu chí sau đây, phương trình (1), xây dựng coi ứng viên tiềm ∃i ǫφψ p ≃ ψ i ⇔ (Sim(ψ p , ψ i )