Phát hiện ảnh kỹ thuật số giả mạo dạng cắt dán luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** NGUYỄN HỮU NAM PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO DẠNG CẮT/DÁN Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Thông tin ĐỒNG NAI, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** NGUYỄN HỮU NAM PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO DẠNG CẮT/DÁN Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin Mã số: 60.48.05 Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Thông tin Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS ĐỖ NĂNG TOÀN ĐỒNG NAI, 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin: “Phát ảnh kỹ thuật số giả mạo dạng cắt/dán” kết trình học tập, nghiên cứu khoa học độc lập, nghiêm túc Các số liệu luận văn trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, đƣợc trích dẫn có tính kế thừa, phát triển từ tài liệu, tạp chí, cơng trình nghiên cứu đƣợc cơng bố, website, … Các phƣơng pháp nêu luận văn đƣợc rút từ sở lý luận trình nghiên cứu tìm hiểu tác giả Đồng Nai, tháng 11 năm 2011 Tác giả Nguyễn Hữu Nam LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn Thầy PGS TS Đỗ Năng Toàn tận tình giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập vừa qua, đặc biệt định hướng nghiên cứu tận tình hướng dẫn cho tơi suốt q trình làm luận văn Nếu khơng có giúp đỡ tận tình thầy, tơi khó hồn thành luận văn Bên cạnh đó, tơi chân thành cám ơn thầy cô Trung tâm Thông tin Tư liệu, trường Đại Học Lạc Hồng, nơi công tác nghiên cứu tạo điều kiện hỗ trợ suốt thời gian qua Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Công nghệ Thông tin tận tình giảng dạy, bảo cung cấp cho kiến thức cần thiết suốt thời gian học xin gởi lời cám ơn chân thành đến người thân, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ động viên suốt thời gian học tập thời gian thực luận văn Chân thành cám ơn ! Biên Hòa, ngày 01 tháng 11 năm 2011 Nguyễn Hữu Nam MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ ẢNH GIẢ MẠO 1.1 Xử lý ảnh số vấn đề xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh ? 1.1.2 Biểu diễn ảnh số 1.1.3 Một số khái niệm sở xử lý ảnh 1.1.4 Các giai đoạn xử lý ảnh 10 1.1.4.1 Thu nhận ảnh 10 1.1.4.2 Tiền xử lý 10 1.1.4.3 Phân đoạn ảnh 11 1.1.4.4 Hệ định 12 1.1.4.5 Trích chọn đặc điểm 12 1.1.4.6 Nhận dạng 13 1.1.5 Biên phƣơng pháp dò biên 14 1.1.5.1 Biên kiểu biên ảnh 14 1.1.5.2 Vai trò biên nhận dạng 15 1.1.5.3 Các phƣơng pháp dò biên trực tiếp 17 1.1.5.4 Một số phƣơng pháp dò biên 19 1.1.5.4.1 Phƣơng pháp Canny 19 1.1.5.4.2 Phƣơng pháp Shen – Castan 21 1.1.6 Phát so khớp đặc trƣng bất biến 21 1.1.6.1 Điểm bất động đặc trƣng bất biến 21 1.1.6.2 So khớp đặc trƣng 24 1.2 Ảnh giả mạo phát ảnh giả mạo 25 1.2.1 Giới thiệu ảnh giả mạo 25 1.2.2 Các dạng ảnh giả mạo 28 1.2.3 Một số ảnh tiếng đƣợc phát ảnh giả mạo [18] 30 1.2.4 Hƣớng tiếp cận toán phát ảnh giả mạo 35 1.2.4.1 Dựa vào hình dạng 35 1.2.4.2 Dựa vào phân tích nguồn sáng 36 1.2.4.3 Dựa vào biến đổi màu sắc 36 1.2.4.4 Dựa vào sở liệu 36 1.2.4.5 Dựa vào dấu vết trình điều chỉnh tỷ lệ 37 1.2.4.6 Dựa vào phân tích ánh sáng 37 CHƢƠNG : MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO 38 2.1 Phát ảnh giả mạo dựa vào Thuật toán Exact Match [3] 38 2.2 Phát ảnh giả mạo dựa vào kỹ thuật thay đổi kích thƣớc [3] 40 2.3 Phát ảnh giả mạo dựa khác biệt hƣớng nguồn sáng 42 2.3.1 Các dạng nguồn sáng 42 2.3.1.1 Nguồn sáng vô tận (3-D) 43 2.3.1.2 Nguồn sáng vô tận (2-D) 45 2.3.1.3 Nguồn sáng gần (bộ phận) (2-D) 46 2.3.1.4 Nhiều nguồn sáng 47 2.3.2 Phƣơng pháp ƣớc lƣợng hƣớng chiếu nguồn sáng 48 2.3.2.1 Ƣớc lƣợng hƣớng chiếu nguồn sáng 48 2.3.2.2 Tìm đƣờng có khả biên khuất 49 2.3.2.3 Ƣớc lƣợng hƣớng chiếu sáng cho đƣờng biên tìm đƣợc 50 2.3.2.4 Sử dụng mạng Bayes tìm ƣớc lƣợng tốt 50 2.3.3 Phƣơng Pháp dựa khác biệt hƣớng nguồn sáng 50 2.3.4 Phƣơng pháp xác định hƣớng ánh sáng theo đƣờng biên 53 2.3.4.1 Loại bỏ đối tƣợng nhỏ, nhiễu làm mảnh biên 56 2.3.4.1.1 Loại bỏ đối tƣợng nhỏ nhiễu 56 2.3.4.1.2 Làm mảnh biên nối nét đứt 56 2.3.4.2 Lựa chọn đoạn biên liên thông đối tƣợng dùng ƣớc lƣợng hƣớng nguồn sáng 59 2.3.4.3 Xây dựng thuật toán xác định hƣớng ánh sáng đƣờng biên 60 2.3.4.4 Kết thực nghiệm 61 2.4 Phát ảnh kỹ thuật số giả mạo dạng cắt/dán dựa vào thuật toán SIFT 64 2.5 So sánh số kỹ thuật phát ảnh giả mạo 84 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 85 3.1 Bài toán 85 3.2 Mơ hình tốn phát ảnh giả mạo 86 3.3 Chƣơng trình phát ảnh kỹ thuật số giả mạo FImage 1.0 86 3.3.1 Cài đặt chƣơng trình 86 3.3.2 Kết thực nghiệm 87 PHẦN KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT 2D 3D ADC CPU DoG H IC LoG RAM RANSAC SIFT SVD Dimensions (Không gian chiều) Dimensions (Không gian chiều) Analog to Digital Converter Control Processing Unit Difference of Gaussians Homography Inconsistency Coefficient Laplacian of Gaussian Random Access Memory RANdom Sample Consensus algorithm Scale Invarian Feature Tranorms Singular Value Decomposition DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1- Biểu diễn ảnh hàm f ( X , Y ) Hình 1.2 - Ma trận láng giềng Hình 1.3 - Các bƣớc xử lý ảnh số 10 Hình 1.4 - Các thành phần hệ xử lý ảnh 14 Hình 1.5 - Sơ đồ phân tích ảnh 15 Hình 1.6 – Làm trơn ảnh 20 Hình 1.7 - Minh họa việc giả mạo ảnh [3] 26 Hình 1.8 - Ghép ảnh từ ảnh riêng rẽ [3] 28 Hình 1.9 - Ảnh che phủ bỏ đối tƣợng [16] 29 Hình 1.10 - Ảnh bổ sung đối tƣợng [16] 29 Hình 1.11 - Bức ảnh giả chỉnh sửa nhằm tăng độ mạnh thông tin chiến tranh [18] 30 Hình 1.12 - Ảnh giả John Kerry Jane Fonda đƣợc cắt/dán từ hai ảnh riêng lẻ [16] 31 Hình 1.13 - Ảnh giả mạo Tổng thống Bush đọc sách ngƣợc [18] 31 Hình 1.14 - Dàn khoan dầu, bão sét [18] 32 Hình 1.15 - Ảnh giả Holmes với nam diễn viên Tom Cruise đƣợc cắt/dán từ tạp chí bao gồm hiển thị Kimo với nữ diễn viên Katie Holmes [16] 33 Hình 1.16 - Cá mập cơng trực thăng [18] 33 Hình 1.17 - Con mèo trắng khổng lồ [18] 34 Hình 1.18 - Sóng Thần Thái Lan [18] 35 Hình 1.19 - Sơ đồ việc phát giả mạo dựa vào sở liệu [3] 36 Hình 1.20 - Sự khác biệt hƣớng nguồn sáng khác [8] 37 Hình 2.1 - Minh họa cho việc tìm kiếm khối bao thuật tốn Exact Match 38 Hình 2.2 - Mơ hình ánh xạ điểm ảnh từ ảnh gốc sang ảnh đích [3] 40 Hình 2.3 - Minh họa hƣớng nguồn sáng pháp tuyến bề mặt đối tƣợng 45 Hình 2.4 - Hai đối tƣợng đƣợc chiếu nguồn sáng gần [8] 47 Hình 2.5 – Quả cầu hiển thị nguồn sáng khác khoảng từ – 200 tới +200 48 Hình 2.6 – Hƣớng nguồn sang từ bên trái sang 50 Hình 2.7 - Ảnh ghép nhà thông có nguồn sáng khác 51 Hình 2.8 - Sơ đồ chức phát ảnh giả mạo 52 Hình 2.9 - Kết đạo hàm theo hƣớng x y 54 Hình 2.10 - Kết minh họa tính độ lớn biên 54 Hình 2.11 – Hƣớng pháp tuyến 55 Hình 2.12 - Minh họa liên thông theo 4, 8, láng giềng 56 Hình 2.13 - Minh họa điểm đƣợc đánh dấu để xóa [2] 56 Hình 2.14 - Lân cận điểm p1 57 Hình 2.15 - Minh họa điểm đƣợc đánh dấu để nối nét đứt [2] 58 Hình 2.16 - Ảnh minh họa để xem có giả mạo khơng 61 Hình 2.17 - Ảnh minh họa kết xác định hƣớng ánh sáng ảnh khác nên ảnh giả mạo dạng cắt/dán 61 Hình 2.18 – Chỉ hƣớng nguồn sáng khác mũi 62 Hình 2.19 – Hình gốc chƣa cắt/dán, có nguồn sáng 1250 62 Hình 2.20 – Hình gốc chƣa cắt/dán, có nguồn sáng 800 63 Hình 2.21 - Minh họa kết xác định hƣớng ánh sáng ảnh giả mạo có sẵn [15] 63 Hình 2.22 - Xây dựng khơng gian tỷ lệ [9] 65 ... phát hồn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài ? ?Phát ảnh kỹ thuật số giả mạo dạng cắt/ dán? ?? nhằm nghiên cứu số kỹ thuật phát ảnh kỹ thuật số giả mạo đƣợc tạo việc sử dụng chƣơng trình xử lý ảnh thơng... 37 CHƢƠNG : MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO 38 2.1 Phát ảnh giả mạo dựa vào Thuật toán Exact Match [3] 38 2.2 Phát ảnh giả mạo dựa vào kỹ thuật thay đổi kích... ảnh ảnh giả mạo: Chƣơng đề cập đến khái niệm xử lý ảnh số, trình xử lý ảnh khái niệm ảnh giả mạo 2 - Chƣơng 2: Một số kỹ thuật phát ảnh giả mạo: Chƣơng gồm khái niệm toán số phƣơng pháp để phát