Автореферат (1025520), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Для систем сокрытия данных,предназначенных для проверки аутентичности при криминалистическойэкспертизе, должна обеспечиваться устойчивость к методам сжатия информации.При этом редактирование кадров видеозаписи или их перестановка, должныприводить к заметным искажениям при извлечении АК.Процедура внедрения АК в оптическом канале заключается в суммированиираспределенияинтенсивностиизображения(изображения-контейнера),формируемого объективом в основном оптическом канале системы регистрации, сраспределением интенсивности сигнала (стеганограммой), в параметрах которогосодержится АК.

Внедрение АК в реальном времени в последовательностьрегистрируемых кадров накладывает жесткие требования к скорости процессавнедрения, которые могут быть обеспечены только путем аппаратной реализации.Временные ограничения не позволяют использовать сложные моделизрительной системы человека, предполагающие анализ изображения-контейнера,поэтому незаметность стеганограммы на фоне изображения-контейнераобеспечивается её относительно низким уровнем интенсивности. На основеанализа особенностей зрительного восприятия изображений показано, что вусловиях априори неизвестной структуры изображения-контейнера дляобеспечения визуальной незаметности среднеквадратическое отклонение (СКО)интенсивности в стеганограмме, не должно превышать 1% от среднего значенияинтенсивности изображения-контейнера.Проведен сравнительный анализ оптических методов, используемых всистемах обеспечения безопасности.

Особенность оптических методовзаключается в том, что данные кодируется в параметрах когерентногооптического сигнала (амплитуде и фазе). На основе анализа сделано заключение,что для получения стеганограммы, устойчивой к имитации, целесообразноиспользование псевдослучайной фазовой модуляции оптического сигнала, а вкачестве основной операции кодирования – оптического фурье-преобразования.Во второй главе изложены методы стеганографического внедрения АК,представляющего собой бинарное изображение (БИ). Особенностьюпредложенных методов является то, что стеганограмма формируется в виде фурье4образа амплитудно-фазового транспаранта, в амплитуде или фазе которогокодируется БИ. Предлагаемые методы могут быть реализованы с использованиемкомпактных оптико-электронных устройств для серийно выпускаемых средстврегистрации изображений.Формирование стеганограммы в интерференционном методе маркировкизаключается в представлении дополнительного оптического сигнала, какрезультата интерференции двух волн: объектной волны, в параметрах которойсодержится БИ, и опорной волны, все параметры которой априори известны.

Дляаппаратной реализации данного метода используется схема корреляторасовместного преобразования, представленная на Рис. 1. Амплитудно-фазовыйтранспарант 1 располагается в передней фокальной плоскости фурьепреобразующего объектива (ФПО) 2 и содержит две области, которые смещеныотносительно друг друга и используются для формирования объектной и опорнойволн.

Комплексный коэффициент пропускания транспаранта описываетсявыражением(1)   ,    M   a,  b    R  ,  exp i  ,  ,где  M m ,m  , R r ,r  – комплексные коэффициенты пропускания в областяхобъектной и опорной волн соответственно; a,b – параметры смещения;   ,  –псевдослучайная функция, описывающая пропускание фазовой частитранспаранта, которая обеспечивает подавление нулевого порядка в спектресигнала. Эта функция должна быть известна, т.к. она используется дляреконструкции объектной волны при извлечении АК.1 – амплитудно-фазовый транспарант; 2 – фурье-преобразующий объектив;3 – плоскость регистрации; 4 – область объектной волны;5 – область опорной волны.Рис.

1. Формирование стеганограммы по схеме коррелятора совместногопреобразованияПри подсветке транспаранта плоской волной с единичной амплитудой полекомплексных амплитуд волны в плоскости, расположенной перед ФПО 2, можнопредставить, какA ,   AM   a,  b   AR  ,  ,(2)5гдеAM m ,m    M m ,m  exp i m ,m –поле комплексныхамплитудобъектной волны, AR r ,r    R r ,r  exp i r ,r  – поле комплексныхамплитуд опорной волны. Пространственный спектр сформированной такимобразом стеганограммы будет содержать два симметричных корреляционных«пика», смещенных относительно нулевого порядка на значения  x 0  a  f  и y 0  b  f  , каждый из которых представляет собой свертку функций,описывающих объектную и опорную волны в плоскости транспаранта:IW  x , y   I 0  x , y   I 1  x , y   I 1  x , y  ,(3)где введены следующие обозначения:2I 0  x , y     f    AM   f  x ,  f  y   AM*   f  x ,  f  y   AR   f  x ,  f  y   AR*   f  x ,  f  y   ,I 1  x , y     f  AM   f  x ,  f  y   AR*   f  x ,  f  y     x  x 0 , y  y 0  ,2I 1  x , y     f  AM*   f  x ,  f  y   AR   f  x ,  f  y     x  x 0 , y  y 0  .2При наложении интерференционной структуры на произвольноеизображение (изображение–контейнер) внедренное БИ будет содержаться вопределенной области частот в пределах  x  (m  r ) / ( f ) и y  (m  r ) / ( f ) , где m , m и r , r – размеры областейтранспаранта, в которых формируется объектная и опорная волны.Размер и смещение корреляционных «пиков» в спектре стегано-изображения(изображения–контейнера с наложенной стеганограммой) определяютсяпараметрами транспаранта, что позволяет при известной опорной волнеAR r ,r  однозначно определить внедренное БИ.

В работе предложено длярешения задачи извлечения БИ применить алгоритм фазовой корреляции,достоинствами которого являются устойчивость к помехам и простотареализации. Для этого на первом этапе алгоритма необходимо путёмсоответствующей линейной фильтрации выделить только ту область спектрапространственных частот, в которой находится один из корреляционных «пиков».На втором этапе восстановленная объектная волна определяется в соответствии свыражением I  x, y  A  x  f  , y  f   RA   a,  b     1,Ix,yAxf,yfR 1rM1(4)где 1 – оператор обратного преобразования Фурье, I 1  x, y  – стеганоизображение после частотной фильтрации.Результаты математического моделирования процедур внедрения иизвлечения БИ в интерференционном методе маркировки представлены на Рис.

2.При моделировании в качестве изображения-контейнера использовалось типовоетестовое изображение «Peppers» размером 512×512 пикселей. Опорная волназадавалась прямоугольной областью, модуль комплексного коэффициента6пропускания  M m ,m  в области объектной волны имел вид БИ в виде символов«МГТУ», а псевдослучайная фазовая функция   ,  являлась бинарной, ипринимала значения 0 или π.ηy'y'νyηξx'x'νxξ(а)(б)(в)(г)(д)а – амплитудная составляющая транспаранта; б – стеганограмма; в –стегано-изображение; г – спектр амплитуд стегано-изображения;д – изображение извлечённого АК.Рис.

2. Результаты моделирования процедур внедрения и извлечения АК ввиде БИ в интерференционном методе маркировкиНедостаткоминтерференционногометодаявляетсяналичиевстеганограмме характерных для интерференционной структуры регулярных полосс определённым направлением и периодом, что снижает скрытность маркировки.Формирование стеганограммы в спекл-методе маркировки заключается впредставлении дополнительного оптического сигнала в виде объективной спеклструктуры в зоне Фраунгофера, а именно, в задней фокальной плоскости ФПО.При этом АК, описываемый бинарной функцией M  ,  , задается путёмамплитудной или фазовой модуляции когерентного излучения в плоскостипсевдослучайного фазового транспаранта, который находится перед ФПО.

Полекомплексных амплитуд в плоскости фазового транспаранта при подсветкетранспаранта плоской волной с единичной амплитудой имеет видA  ,   exp iR  ,  . Сложность извлечения АК при реализации этого методаобусловлена потерей фазовой составляющей при регистрации распределенияинтенсивности в виде спекл-структуры. В диссертации предложен алгоритм длявосстановления исходного распределения поля по зарегистрированномураспределению интенсивности.Если АК кодируются путём бинарной амплитудной или фазовой модуляциейс комплексным значением коэффициента модуляции, равным  0 , то полекомплексных амплитуд волны в плоскости транспаранта можно описатьфункцией видаA ,   A1  ,    0 A2  ,  ,(5)где A1  ,   M  ,  A  ,  , A2  ,   M  ,  A  ,  , M  ,   1  M  ,  .Распределение интенсивности в фокальной плоскости ФПО, гдерасполагается устройство регистрации, с точностью до постоянного множителяможно представить как7IW  A  A*   0   0 A2   0*  1 A1 A2* .22(6)На Рис.

3 приведена иллюстрация процедуры формирования полякомплексных амплитуд волны перед ФПО. Псевдослучайная фазовая функцияпредставлена в градациях серого.A1  , A2  , A  , A  , Рис. 3. Иллюстрация представления поля комплексных амплитуды волныперед ФПО в спекл-методе маркировкиИз выражения (6) следует, что при известном опорном распределенииA  ,  существует принципиальная возможность восстановления полякомплексных амплитуд A  ,  в плоскости транспаранта, например, с помощьювинеровской фильтрации.

Так как опорное поле комплексных амплитудпредставляет собой реализацию случайного поля, то после восстановления полякомплексных амплитуд волны второе и третье слагаемое в выражении (6) примутвид реализации типа «белого» шума.В работе предложен алгоритм восстановления, основанный на использованиифазовой функции опорного распределения(7) R  x , y   arg  A  x , y  .Восстановленное поле комплексных амплитуд в плоскости транспаранта,определяемое какAret  ,   1  IW  x , y  exp i R  x , y  ,0.5(8)не совпадает с A  ,  и является её приближённым представлением, искажённымпомехой. Уровень помехи в восстановленном сигнале, зависит от значениякоэффициента модуляции  0 , а также соотношения между площадьютранспаранта, в пределах которой задается АК, и общей площадью фазовоготранспаранта.Поскольку стегано-изображение представляет собой сумму изображения–контейнера и распределения интенсивности, имеющего шумоподобный вид, то напервом этапе извлечения АК требуется отделить шумовую составляющую, вкоторой содержится полезный сигнал, от основного изображения.

Для этой целимогут быть использованы алгоритмы цифровой фильтраций, которые обычноиспользуют для подавления помех.8Иллюстрация результатов моделирования при выполнении процедурвнедрения и извлечения АК в спекл-методе маркировки представлена на Рис. 4.ηy'y'y'ηx'x'x'ξξ(а)(б)(в)(г)(д)а – амплитудная составляющая транспаранта; б – стеганограмма;в – стегано-изображение; г – выделенная стеганограмма; д – изображениеизвлечённого АК.Рис. 4.

Результаты моделирования процедур внедрения и извлечения АК вспекл-методе маркировкиИз проведенного анализа следует, что предложенные оптические методымаркировки изображений, основанные на использовании фурье-преобразующихобъективов, могут быть реализованы по одинаковым оптическим схемам, но сразличными амплитудно-фазовыми транспарантами. Для оценки практическойприменимости этих методов требуется провести их анализ с точки зренияустойчивости к процедурам сжатия и возможности использования для выявлениямонтажа видеозаписей.В третьей главе изложены алгоритмы извлечения АК, внедрённогоразличными методами, из маркированного изображения, а также приведенырезультаты исследований устойчивости АК к процедурам сжатия изображений ивидеопотоков.Для практического использования предложенных методов внедрения АК,представленного в виде БИ, необходимо определить порядок задания информациина амплитудно-фазовом транспаранте, а также соответствующий ему алгоритмизвлечения АК.

Характеристики

Список файлов диссертации