1.2.1. Giới thiệu ảnh giả mạo
Ảnh giả mạo đƣợc xem là ảnh không có thật, việc có đƣợc ảnh là do sự ngụy tạo bởi các chƣơng trình xử lý ảnh hoặc quá trình thu nhận. Sức mạnh
26
của các chƣơng trình xử lý ảnh số nhƣ Photoshop giúp việc tạo ra các ảnh giả mạo từ một hay nhiều ảnh khác nhau trở nên dễ dàng. Một trong những ví dụ cho việc giả mạo này là Hình 1.7. Hình ảnh đƣợc tạo lập từ 3 bức ảnh: Nhà trắng, Bill Clinton và Saddam Hussein. Hình ảnh Bill Clinton và Saddam Hussein đƣợc cắt/dán vào bức ảnh Nhà trắng Các hiệu ứng về bóng và ánh sáng cũng đƣợc tạo ra làm cho bƣớc ảnh có vẻ nhìn hoàn toàn nhƣ thật.
Hình 1.7 - Minh họa về việc giả mạo ảnh [3]
Giả mạo ảnh nhằm vào nhiều mục đích trong đó có việc vu cáo, tạo ra các tin giật gân, đánh lừa đối thủ, làm sai lệch chứng cứ phạm tội v.v.. Việc phát hiện và chống giả mạo ảnh là một chủ đề ngày càng đƣợc quan tâm bởi các nhóm nghiên cứu trên thế giới nhƣ: TS. Chung-Sheng Li ở IBM T. J. Watson Research Center, TS. Jessica Fridrich ở Department of Electrical and Computer Engineering, SUNY Binghamton, Binghamton, NY 13902-6000 hay TS. David Rosenthal ở Odyssey Research Associates, Inc. v.v..
27
Trong việc chống giả mạo ảnh, ngƣời ta đã nghiên cứu các kỹ thuật về tạo bản quyền ảnh trên cơ sở giấu các thông tin cần thiết vào bức ảnh trƣớc khi phát hành để tránh tình trạng sao chép bất hợp pháp hoặc để tiện cho việc phát hiện sửa đổi hoặc cắt/dán sau này. Theo cách tiếp cận này, các thiết bị máy ảnh số và camera ngày nay thƣờng bổ sung các tính năng bản quyền ngay trong quá trình thu nhận ảnh. Dựa vào đó, sau này ta có thể biết đƣợc nguồn gốc của bức ảnh. Nhờ đó mà có thể biết đƣợc đó có phải là ảnh gốc hay không? Phát hiện ảnh giả mạo là một vấn đề khó hơn, ảnh giả mạo thƣờng chia làm hai loại chính. Ảnh giả nhƣng thật, ở đây hiện trƣờng đƣợc dựng thật và sau đó việc thu nhận ảnh là thật. Loại thứ hai là ảnh giả đƣợc tạo lập trên cơ sở các phần của ảnh gốc thật nhƣ hình 1 hoặc đƣợc cắt/dán để thêm vào hay che đi các chi tiết trên ảnh.
Trong báo cáo này chúng ta quan tâm đến một dạng của giả mạo thuộc loại thứ hai. Phần tiếp theo của báo cáo đƣợc trình bày nhƣ sau: Phần 2 là các dạng ảnh giả mạo loại hai cơ bản. Phần 3 là các cách tiếp cận chính trong việc phát hiện ảnh giả mạo loại hai và cuối cùng là kết luận về ảnh giả mạo và phát hiện ảnh giả mạo nói chung.
28
1.2.2. Các dạng ảnh giả mạo cơ bản
Trong dạng ảnh giả mạo thứ hai có thể chia ra làm các loại: Ghép ảnh, che phủ đối tƣợng, bổ sung thêm đối tƣợng. Hình 1.8.a minh họa ảnh ghép từ 2 ảnh riêng rẽ với cùng tỷ lệ. Rõ ràng là nếu chỉ ra đây là ảnh thật hay ảnh giả mạo thì cũng có nghĩa là chứng minh đƣợc mối quan hệ giữa họ.
Hình 1.8.b là ảnh ghép từ hai ảnh có sự thay đổi tỷ lệ. Hình ảnh này nếu không chứng minh là giả tạo thì sẽ phải có cách nhìn khác về tiến hóa của loài ngƣời.
a) Ảnh ghép từ hai ảnh riêng rẽ b) Ảnh ghép từ hai ảnh có thay đổi tỷ lệ
Hình 1.8 - Ghép ảnh từ 2 ảnh riêng rẽ [3]
Một dạng khác thƣờng thấy nữa của ảnh giả mạo loại hai là việc bớt đi các đối tƣợng trong ảnh, việc bớt đi các đối tƣợng trong ảnh có thể đƣợc xem nhƣ là che phủ đối tƣợng hoặc xóa đi đối tƣợng. Hình 1.9.a là ảnh gốc với 2 chiếc ô tô, một xe con và một xe tải. Hình 1.9.b là hình 1.9.a giả tạo với việc che phủ chiếc xe tải bởi một cành cây cũng lấy từ chính trong ảnh. Trong khi
hình 1.9.c là ảnh gốc với chiếc trực thăng nhỏ còn hình 1.9.d chính là ảnh gốc
hình 1.9.a đã đƣợc bỏ đi đối tƣợng là trực thăng. Trong cả hai trƣờng hợp giả mạo này đều đƣợc thực hiện từ một ảnh nên độ tƣơng đồng về ánh sáng và bóng là nhƣ nhau. Do đó, bằng mắt thƣờng rất khó xác định.
29
a) Ảnh gốc b) Ảnh đã che phủ đối tƣợng
c) Ảnh gốc d) Ảnh bỏ đi đối tƣợng Hình 1.9 - Ảnh che phủ và bỏ đi đối tƣợng [16]
a) Ảnh gốc b) Ảnh bổ sung đối tƣợng Hình 1.10 - Ảnh bổ sung đối tƣợng [16]
Hình 1.10 thể hiện một dạng khác thƣờng thấy của giả mạo ảnh, đó là việc bổ sung thêm đối tƣợng. Hình 1.10.a là ảnh gốc chỉ có một chiếc máy bay trực thăng, nhƣng trong hình 1.10.b đã đƣợc bổ sung thêm thành 3 chiếc
30
trực thăng ở các vị trí khác nhau. Các trực thăng này chính là đƣợc copy từ trực thăng gốc nên góc độ và hƣớng là giống nhau, do đó khó cho việc xác định.
1.2.3. Một số ảnh nổi tiếng đã đƣợc phát hiện là ảnh giả mạo [18]
Tháng 8/2006, một bức ảnh minh họa của Hãng tin Reuters xuất hiện trên các trang báo lớn nhỏ trên khắp thế giới. Nội dung của bức ảnh là những cột khói tỏa lên từ một số tòa nhà cao tầng sau một đợt không kích tại Beirut. Nhƣng sau đó họ đã phát hiện ra một phần của bức ảnh đã bị ngƣời ta sao chép (copy), rồi cắt/dán lặp lại nhiều lần trong bức ảnh, có lẽ tác giả ảnh muốn cho ngƣời xem cảm nhận đƣợc sự tàn phá và hãi hùng vì... khói.
-
Hình 1.11 - Bức ảnh giả chỉnh sửa nhằm tăng độ mạnh của thông tin chiến tranh [18]
Một ảnh giả khác đƣợc tạo lập từ 3 bức ảnh: Nhà trắng, Bill Clinton và Saddam Hussein. Hình ảnh Bill Clinton và Saddam Hussein đƣợc cắt/dán vào bức ảnh Nhà trắng. Các hiệu ứng về bóng và ánh sáng cũng đƣợc tạo ra làm
31
cho bƣớc ảnh có vẻ nhìn gần giống nhƣ thật, rất khó nhận biết bằng mắt thƣờng.
- Một bức ảnh khác mô là hình ghép giữa hai bức ảnh khác nhau xuất hiện trong chiến dịch tranh cử tổng thống Mỹ năm 2004, cho thấy ứng viên John Kerry nói chuyện với cựu nữ diễn viên Jane Fonda tại một cuộc biểu tình phản chiến vào những năm 60 của thế kỷ trƣớc, bên dƣới có đóng “nhãn hiệu cầu chứng” là The Associated Press.
Hình 1.12 - Ảnh giả của John Kerry và Jane Fonda đƣợc cắt/dán từ hai ảnh riêng lẻ. [16]
Một số cựu binh Mỹ thời chiến tranh Việt Nam phản ứng mạnh bằng thái độ giận dữ khi thấy một ứng viên tổng thống lại chia sẻ diễn đàn với một nữ diễn viên tích cực chống chiến tranh
Ảnh giả mạo Tổng thống Bush đọc sách ngƣợc
32
Các đối thủ của Tổng thống Bush chắc hẳn rất hài lòng trƣớc bức ảnh chụp ông chủ Nhà Trắng đang cầm một quyển truyện tranh theo chiều lộn ngƣợc trong chuyến thăm tới một trƣờng học năm 2005.
Trên thực tế, ông Bush đã cầm sách đúng chiều. Những kẻ giả mạo đã sử dụng công cụ xoay ngƣợc ảnh trong Photoshop để chỉnh sửa.
Dàn khoan dầu, bão và sét
Hình 1.14 - Dàn khoan dầu, bão và sét [18]
Cảnh tƣợng một cơn bão kinh hoàng này đã xuất hiện trên internet với nhiều dị bản khác nhau qua nhiều năm. Bão và gió xoáy là một bức ảnh có thật, do một nhiếp ảnh gia nghiệp dƣ chụp đƣợc ở Flordia năm 1993. Nhƣng dàn khoan dầu đƣợc cắt vào từ một bức ảnh riêng biệt.
Ảnh giả của Holmes với nam diễn viên Tom Cruise đƣợc cắt/dán từ tạp chí bao gồm hiển thị Kimo với nữ diễn viên Katie Holmes
33
Hình 1.15 - Ảnh giả của 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]
- Cá mập tấn công trực thăng
Hình 1.16 - Cá mập tấn công trực thăng [18]
Bức ảnh gây chú ý này đƣợc tạo nên nhờ việc kết hợp 2 tấm ảnh riêng biệt - một bức ảnh là trực thăng của Không quân Mỹ trong lần diễn tập tại San Francisco và tấm ảnh kia là con cá mập trắng khổng lồ đang nhảy lên khỏi mặt nƣớc ở Nam Phi.
34
Bức ảnh này xuất hiện năm 2001 và đƣợc phát tán qua email với lời chú thích: Một con cá mập đã tấn công các thủy thủ của Hải quân Anh tại Nam Phi. Nhƣng ngƣời ta có thể dễ dàng nhận ra trong ảnh có sự xuất hiện của chiếc cầu Golden Gate tại San Francisco.
- Con mèo trắng khổng lồ
Hình 1.17 - Con mèo trắng khổng lồ [18]
Bức ảnh về một con mèo khổng lồ đã đƣợc phát tán khắp thế giới qua email năm 2000, đôi khi còn đi kèm với một câu chuyện nói rằng mẹ của con mèo đã lớn lên gần một phòng thí nghiệm hạt nhân Canada.
Nhƣng 1 năm sau đó, ngƣời đàn ông trong ảnh thú nhận rằng ông đã làm giả bức ảnh trên máy tính. Cordell Hauglie đã gửi bức ảnh cho bạn bè để tạo nên tiếng cƣời, nhƣng không ngờ nó lại đƣợc phát tán rộng rãi khắp thế giới nhƣ vậy. Con mèo trong ảnh là có thật và là mèo “cƣng” của con gái Hauglie nhƣng nó chỉ nặng 9,6kg chứ không phải 40kg nhƣ ngƣời ta đồn thổi.
35
Sóng thần châu Á chụp từ châu Mỹ
Hình 1.18 - Sóng Thần ở Thái Lan [18]
Bức ảnh này đƣợc phát tán khắp thế giới ngay sau vụ sóng thần năm 2004, cùng với chú thích rằng nó đƣợc thực hiện ngay trƣớc khi một cơn sóng lớn ập vào thiên đƣờng du lịch Phuket, Thái Lan. Nhƣng bức ảnh này hoàn toàn là giả mạo. Thứ nhất, trong ảnh là bờ biển của thành phố Antofagasta, Chile và sóng do con ngƣời “vẽ” thêm trên máy tính.
Nhƣ vậy ảnh hƣởng của những thông tin từ những bức ảnh là rất lớn, thông tin hình ảnh luôn có tác động mạnh và trực tiếp tới con ngƣời. Do vậy, ảnh đƣợc coi là công cụ biểu diễn và truyền đạt thông tin rất phổ biến và hữu dụng.
1.2.4. Hƣớng tiếp cận bài toán phát hiện ảnh giả mạo 1.2.4.1. Dựa vào hình dạng 1.2.4.1. Dựa vào hình dạng
Việc phân tích để xác định tính giả mạo có thể dựa vào hình dạng vì việc cắt/dán ảnh thƣờng đƣợc thực hiện dựa theo các đƣờng biên, nơi có sự thay đổi không liên tục của cƣờng độ sáng của các điểm ảnh.
36
1.2.4.2. Dựa vào phân tích nguồn sáng
Việc ghép các ảnh khác nhau hoặc bổ sung thêm đối tƣợng không phải thực hiện thao tác sao chép có thể đƣợc thực hiện bằng việc phân tích nguồn sáng đối với từng đối tƣợng, các đối tƣợng đƣợc ghép thƣờng có hƣớng của nguồn sáng không cùng với các đối tƣợng trong ảnh gốc.
1.2.4.3. Dựa vào biến đổi màu sắc
Ảnh gốc thu nhận thƣờng đƣợc thực hiện bởi một thiết bị. Do tính chất biến đổi của ống kính bao gồm góc độ chụp, độ mở v.v.. nên ảnh thu đƣợc thƣờng bị biến dạng theo các tính chất đặc trƣng của các nhà sản xuất. Phần ảnh đƣợc ghép vào hay bổ sung thƣờng không có sự biến đổi tƣơng đồng về độ sáng.
1.2.4.4. Dựa vào cơ sở dữ liệu
Việc giả mạo ảnh thƣờng dựa vào các ảnh đã có, tức là các ảnh đã đƣợc xuất bản bởi một nơi nào đó nhƣ: Báo chí, trang Web, tạp chí v.v.. Các ảnh này đã đƣợc lƣu trữ nên khi xuất hiện một ảnh nghi là giả mạo ngƣời ta có thể tìm ảnh này với các phần trong nguồn ảnh nằm trong cơ sở dữ liệu ảnh.
37
1.2.4.5. Dựa vào dấu vết của quá trình điều chỉnh tỷ lệ
Khi cắt/dán các đối tƣợng từ hai hay nhiều bức ảnh để đƣợc một bức ảnh giả ngƣời ta phải quan tâm tới việc điều chỉnh kích thƣớc, màu sắc của các đối tƣợng trên các bức ảnh gốc đƣợc cắt ra để cho phù hợp với nhau khi đƣợc ghép trên cùng một bức ảnh.
1.2.4.6. Dựa vào phân tích ánh sáng
Qua phân tích sự đồng đều của ánh sáng phân bố trên các phần khác nhau của bức ảnh có thể thực hiện bằng hai cách. Cách thứ nhất là phân tích bóng đổ để tìm ra hƣớng của nguồn sáng.
Hình 1.20 - Sự khác biệt của các hƣớng nguồn sáng khác nhau [8]. Cách thứ hai là nghiên cứu các chấm sáng trong con ngƣơi mắt ngƣời. Mắt là một phần tấm gƣơng soi vào thế giới ẩn chứa chủ thể đƣợc chụp.
Ngoài ra, màu của ánh sáng có thể xác định bóng trắng chính xác của các chấm sáng. Một ảnh tổng hợp từ nhiều ảnh khác nhau sẽ có bóng sắc thay đổi từ ngƣời này sang ngƣời khác.
38
CHƢƠNG 2 : MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO
Hiện nay đã có rất nhiều nhóm nghiên cứu trong việc phát hiện ảnh giả mạo. Một vài thuật toán thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ:
2.1. Phát hiện ảnh giả mạo dựa vào Thuật toán Exact Match [3]
Giả sử bức ảnh có kích thƣớc MN, với B là kích thƣớc nhỏ nhất của khối bao mà ngƣời dùng định nghĩa để đối sánh với mỗi điểm ảnh ta xác định đƣợc một khối bao ma trận BBđiểm ảnh. Nhƣ vậy với bức ảnh MNta xác định đƣợc (M B1)(NB1) khối bao. Với mỗi khối bao, ta lƣu các phần tử thuộc khối bao vào một hàng của một ma trận A. Vậy duyệt trên toàn bộ bức ảnh ta sẽ đƣợc một ma trận A với (MB1)(NB1) hàng và BB cột.
Hai hàng giống nhau trong ma trận A tƣơng đƣơng với 2 khối bao giống nhau trong ảnh. Chúng ta sắp xếp các hàng trong ma trận A theo thứ tự, yêu cầu này sẽ đƣợc thực hiện trên MNlog2(MN) bƣớc. Sau đó, ta dễ dàng tìm kiếm bằng cách duyệt MN hàng của ma trận đã qua sắp xếp A và tìm kiếm hai hàng giống nhau liên tiếp.
Kết quả thuật toán sẽ tìm kiếm và đƣa ra đƣợc tập các vùng bao giống nhau là bằng chứng chứng minh ảnh đã bị cắt dán.
39
Thuật toán
Thuật toán Exact Match nhằm tìm ra các khối bao giống nhau trên cùng một ảnh, bao gồm các bƣớc sau:
Bước 1: Lựa chọn kích thƣớc khối bao nhỏ nhất.
Bước 2: Xác định tập các khối bao dựa trên kích thƣớc khối bao nhỏ nhất.
Bước 3: Đƣa mỗi khối bao vào một hàng của mảng lƣu xác định.
Bước 4: Sắp xếp các hàng trong mảng lƣu ở bƣớc 3 theo thứ tự tăng dần.
Bước 5: Kiểm tra hai hàng liên tiếp trong mảng lƣu sau khi đã sắp xếp, nếu chúng giống nhau thì đƣa ra 2 tập khối bao giống nhau tƣơng ứng.
2.2. Phát hiện ảnh giả mạo dựa vào Thuật toán cải tiến Exact match* [3]
Khi thay đổi kích thƣớc ảnh, PhotoShop thƣờng sử dụng 1 trong các kỹ thuật nội. Dựa vào đó, ta tìm kiếm các cặp vùng trong ảnh có mối quan hệ tƣơng quan theo một phƣơng pháp nội suy xác định. Một vùng đƣợc gọi là vùng tƣơng quan nếu nó tồn tại ít nhất một vùng và một phép biến đổi, tƣơng ứng khác sao cho :
: f
Trong đó là hệ số tỷ lệ, và phép ánh xạ theo một phƣơng pháp nội suy xác định là một trong các kỹ thuật nội suy. Khi đó cặp vùng (,) đƣợc gọi là cặp tƣơng quan.
Thuật toán Exact match *
40
Bước 1: Lựa chọn các thông số đầu vào bao gồm : Kích thƣớc khối bao nhỏ nhất B, các tỷ lệ co giãn theo chiều ngang và chiều dọc là p,q và một phƣơng pháp nội suy f.
Bước 2: Xác định 2 tập hợp các khối bao, bao gồm một tập hợp các khối bao có kích thƣớc tối thiểu B B và một tập hợp các khối bao có