Автореферат (1025520), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Формализовать процесс задания информации можно путемразбиения площади фазового транспаранта, в пределах которого задается АК, нанекоторое количество элементарных областей с количеством ячеек mb  nb ,каждая из которых задает один бит информации путём амплитудной или фазовоймодуляции оптического сигнала. Выбор размера элемента информацииопределяется на основе компромисса между количеством элементов информациии отношением сигнал/шум  в цифровом изображении, содержащем извлечённыйАК.

Увеличивая размер, можно добиться необходимого отношения сигнал/шумпутём усреднения сигнала по соответствующим областям, причем μ∼ mb  nb .При извлечении АК порядок задания элементов информации на амплитуднофазовом транспаранте должен быть известен. Максимальное количество битовинформации, внедряемой в пределах одного кадра, определяется выражением1(9)Ninf   M  N  mb nb  ,9где M   N – количество ячеек фазового транспаранта;  – коэффициентиспользования, равный отношению площади модулируемых областей фазовоготранспаранта, ко всей площади фазового транспаранта.Процедура извлечения АК из интерференционной структуры при известныхпараметрах опорной волны не зависит от параметров объектной волны, поэтому винтерференционном методе маркировки максимальная площадь модулируемыхобластей равна площади области объектной волны, то есть   1. В спекл-методемаркировки, чем больше площадь модулируемых областей, тем сильнее будетотличаться фазовая функция  R  x , y  опорного распределения, используемаяпри извлечении АК, от фазовой функции, потерянной при регистрации.

Поэтомузначение коэффициента  влияет на отношение сигнал/шум в цифровомизображении, содержащем извлечённый АК.На Рис. 5 представлены полученные методом математическогомоделирования расчётные зависимости отношения сигнал/шум от коэффициента при использовании спекл-метода маркировки для бинарной амплитудной ибинарной фазовой модуляции. Эти зависимости рассчитаны с учётом линейныхискажений, дискретизации и квантования, возникающих при регистрацииизображения. При моделировании процесса регистрации размер пятен спеклструктуры равнялся двум периодам расположения элементов матричногоприёмника, а СКО спекл-структуры соответствовал одному уровню квантования.а) без изображения-контейнераб) с изображением-контейнеромРис.

5. Зависимость отношения сигнал/шум от значения коэффициентаиспользования фазового транспаранта при амплитудной и фазовоймодуляцииКак следует из Рис. 5, наличие контейнера приводит к существенномуснижению отношения сигнал/шум как при амплитудной, так и при фазовоймодуляции, используемой для кодирования АК. Чтобы получить приемлемоеотношение сигнал/шум при извлечении АК, требуется увеличивать линейныеразмеры области для задания одного элемента АК. Отметим, что для случаяфазовой модуляции при   0,5 происходит инверсия контраста в изображении,содержащим АК.

При условии   0,25 использование фазовой модуляции10позволяет достигать большего значения отношения сигнал/шум в сравнении самплитудной модуляцией. Особенностью кодирования АК с использованиемамплитудной модуляции является то, что форма и размеры пятен спекл-структурызависят от количества и расположения кодируемых элементов АК.Устойчивость оптических методов маркировки к методу сжатия JPEG будемоценивать вероятностью обнаружения АК. В соответствии с критериеммаксимального правдоподобия вероятность обнаружения определяетсявыражением  z   2 1(10)Pобн exp   dz ,22 0,5где   0   M  N – отношение сигнал/шум после согласованной фильтрации, 0 – отношение сигнал/шум в изображении, содержащем извлеченный АК.На Рис. 6 представлены зависимости вероятности обнаружения от значенияпоказателя качества q метода JPEG, полученные при численном моделированиипроцесса внедрения АК в цифровые полутоновые изображения размером 512×512пикселей.Амплитудная модуляция излучения(интерференционный метод)Фазовая модуляция излучения(интерференционный метод)Амплитудная модуляция излучения(спекл-метод)Фазовая модуляция излучения(спекл-метод)Рис.

6. Зависимость вероятности обнаружения АК от коэффициента качестваJPEG11В качестве изображения-контейнера использовались типовые тестовыеизображения: «Peppers», «Lena», «Barbara», «Goldhill», «Baboon». В качествевнедряемых данных использовались случайные равновероятные битовыепоследовательности. В интерференционном методе маркировки объектная иопорная волны задавались квадратными областями равных размеров,расположенными таким образом, что внедрение АК осуществлялось в среднейобласти пространственных частот изображения-контейнера:  x  0,5 Nx и y  0,5 Ny при средних значениях частот  x 0  0 и  y 0  0,5 Nx , где  Nx и  Ny –значения частоты Найквиста по соответствующим координатным осям спектра.В спекл-методе маркировки размер одного элемента спекл-структуры вформируемой стеганограмме соответствовал двум пикселям изображенияконтейнера, а для задания элементов информации использовалась 1/4 площадифазового транспаранта   0,25 размером 256×256 ячеек.

В интерференционномметоде маркировки использовалась 1/2 площади фазового транспаранта   0,5размером 64×64 ячеек. Для наиболее эффективного обнаружения элементовинформации, фазовая и амплитудная модуляции на этапе внедрения имелимаксимальную глубину, а именно,  0  exp  i  и  0  0 соответственно.Как следует из графиков на Рис.

6, более устойчивым к методу сжатия JPEGявляется интерференционный метод маркировки при использовании фазовоймодуляции для задания элементов информации. Это объясняется тем, что наданные, содержащиеся в фазе, меньшее влияние оказывают пространственночастотные составляющие спектра изображения-контейнера. Меньшее значениевероятности обнаружения при использовании изображений-контейнеров типа«Goldhill» и «Baboon» объясняется большими значениями амплитуд фурьеспектра этих изображений в полосе средних и высоких частот.Применительно к цифровым видеопотокам наиболее распространеннымявляется метод сжатия по стандарту MPEG-4 part 10.Численным моделированиемисследована устойчивость разработанных методов к процедурам сжатия постандарту MPEG-4 part 10 при внедрении АК в последовательность видеокадров.В результате моделирования установлено, что устойчивость АК обеспечиваетсяпри уровнях сжатия, соответствующих сохранению визуального качествавидеозаписи.Предложено для повышения устойчивости к сжатию использоватьвременную модуляцию интенсивности стеганограммы.

Тогда коэффициентвзаимной корреляции эталона и АК, извлеченного из последовательности кадров,можно представить функцией времени r (t ) , в спектре которой содержитсясоставляющая на частоте временной модуляции. На Рис. 7 представлены графикимодуля спектра функции r (t ) , вычисленные на основе результатов извлечения АКиз типовой видеопоследовательности «Crew», которая подвергались сжатию постандарту MPEG-4 part 10, после которого скорость видеопотока составляла1 Мбит/с.Наличие маркировки в видеозаписи следует оценивать по соотношениюамплитуды на частоте модуляции к СКО помехи на остальных временных12частотах.Полученныерезультатысвидетельствуютотом,чтоинтерференционный метод маркировки и спекл-метод маркировки обеспечиваютсопоставимую степень устойчивости АК при применении временной модуляцииуровня сигнала.Интерференционный метод маркировкиСпекл-метод маркировкиРис.

7. Вид функции r ( t ) при различных частотах временной модуляцииуровня стеганограммыНесанкционированный монтаж может заключаться в редактированииотдельных кадров изображений, а также добавлении или исключении кадроввидеозаписей. Установление факта редактирования отдельных кадроввидеозаписей можно производить путем анализа АК, извлечённого изпроизвольных фрагментов кадра. Факт добавления или исключения кадроввидеозаписей можно контролировать по результатам анализа флуктуаций фазыфункции r (t ) .В четвертой главе изложены методика проектирования оптикоэлектронных устройств маркировки изображений на системотехническом уровнеи результаты экспериментальных исследований, которые выполнялись дляпроверки основных теоретических положений диссертации.Разработанная методика проектирования позволяет определить техническиетребования к основным элементам оптико-электронных устройств маркировкиизображений, в том числе:значения конструктивных параметров кодирующих амплитуднофазовых транспарантов, включая, размеры и количество элементарных ячеекамплитудно-фазового транспаранта, а также значения допустимых погрешностейего изготовления;значения конструктивных параметров ФПО и объектива основногооптического канала, включая, фокусные расстояния, диаметр апертурнойдиафрагмы;значения конструктивных параметров устройства регистрацииизображений, включая, количество и периоды расположения чувствительныхэлементов матричного приёмника излучения.13Цельюэкспериментальныхисследованийявляласьпроверкаобоснованности допущений, принятых при моделировании процессов внедренияАК, в частности, пренебрежение влиянием аберраций ФПО, а также основныхположений методики проектирования оптико-электронных устройств маркировкиизображений.Экспериментальные исследования проводились на разработанном всоответствии с предложенной методикой проектирования макетном образцеоптико-электронного устройства маркировки изображений (см.

Рис. 8), в которомбыл реализован спекл-метод маркировки. Для регистрации изображенияиспользовалась телевизионная (ТВ) камера модели VBC-741-USB с разрешением740×576 пикселей и периодом расположения чувствительных элементовTx  6,5 мкм и Ty  6,25 мкм . Для подсветки амплитудно-фазового транспарантаиспользован полупроводниковый лазер типа ПОМ-17-670 с длиной волныизлучения   0,66 мкм .123456-Модуль лазерной подсветки (λ=0,66 мкм)Афокальная система (Г=3×)АттенюаторСветоделительОбъектив (f'=16 мм)ТВ камера (VBS-741-USB)Рис. 8. Макетный образец оптико-электронного устройства маркировкиизображенийАмплитудно-фазовый транспарант состоял из двух пластин, одна изкоторых была выполнена как фазовый транспарант (см.

Рис. 9, а), а другая – какамплитудный транспарант (см. Рис. 9, б).(а)(б)(в)(г)(д)а – фазовый транспарант, б – амплитудный транспарант; в – дифракционнаякартина в плоскости регистрации, г – изображение извлечённого АК, д –изображение извлечённого АК после дополнительной цифровой обработки.Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации