Диссертация (1025521), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Значение отношения сигнал/шум является достаточным дляуверенного обнаружения наличия маркировки в последовательности кадров.1063.8.Процедуры анализа маркированных видеозаписейНа основе проведенного исследования можно сделать вывод, чторазработанные оптические методы маркировки могут использоваться дляустановления факта отсутствия монтажа видеозаписи.
Возможны следующиеварианты анализа видеозаписи:1) Проверка наличия АК в видеопоследовательности длительностью путем сравнения амплитуды в спектре функции () на частоте модуляции 0 спороговымзначением,видеопоследовательности,причем,темчемлучшебольшедлительностьвероятностныехарактеристикиобнаружения. При условии 0 ≫ 1⁄ отношение сигнал/шум ~√.2)Проверкафактовдобавленияилиисключениякадроввидеопоследовательности путем отслеживания флуктуаций фазы функции ().3) Проверка наличия АК в отдельных кадрах видеопоследовательностипутем сравнения максимума сигнала на выходе согласованного фильтра спороговым значением.Благодарятому,чтокаждыйфрагментстеганограммыявляетсяуникальным и содержит информацию обо всем АК, описанные выше проверкимогут проводиться по отдельным произвольным фрагментам кадра с меньшимотношением сигнал/шум в восстановленном сигнале. При допущении, чтоизображение-контейнер представляет собой однородное случайное поле,отношение сигнал/шум при извлечении ~√, где × количествопикселей во фрагменте кадра.Выводы к главе 3На основе результатов, полученных в главе 3, можно сделать следующиевыводы:1.
Показано, что формализация процесса задания битов АК путемразбиения площади псевдослучайного фазового транспаранта на некотороеколичество элементарных областей позволяет применять согласованнуюфильтрацию при извлечении АК. Выбор размеров элементарной области107определяется на основе компромисса между количеством битов АК иотношением сигнал/шум в сигнале на выходе согласованного фильтра.2. Доказана устойчивость разработанных оптических методов маркировкик алгоритму сжатия JPEG. В частности, при маркировке стандартных тестовыхизображений размером 512×512 пикселей вероятность обнаружения наличиямаркировки после их сжатия с коэффициентом качества 60 приближается кединице.3. Установлено, что маркировка регистрируемых изображений путемналоженияспекл-структурывдальнейзонедифракцииустойчиваквоздействию сжатия по стандарту JPEG, если размеры индивидуального спеклапревышают два периода пространственной дискретизации.4.
Установлено, что применение пространственной фазовой модуляцииоптической волны при кодировании битов АК обеспечивает большуювероятность обнаружения наличия АК по сравнению с использованиемамплитудной модуляции.5. Доказана устойчивость разработанных оптических методов маркировкик воздействию сжатия по стандарту MPEG-4 при внедрении АК впоследовательность видеокадров. Для повышения устойчивости маркировки квоздействиюметодовсжатиявидеопотоковпредложеноиспользоватьвременную амплитудную модуляцию стеганограммы.6. Предложены процедуры анализа видеозаписей, которые позволяютустанавливать факты редактирования, добавления или исключения кадровмаркированных видеозаписей.108ГЛАВА 4.
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИКОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА МАРКИРОВКИ РЕГИСТРИРУЕМЫХИЗОБРАЖЕНИЙ4.1.Методика проектирования оптико-электронного устройствамаркировки регистрируемых изображенийВдиссертациипроектированиянаотраженынаиболеесистемотехническомсущественныеуровнеособенностиоптико-электронногоустройства маркировки регистрируемых изображений. Разработанная методикапроектирования позволяет определить значения конструктивных параметровсоставных частей устройства маркировки изображений, в том числе: значения конструктивных параметров кодирующих амплитудно-фазовыхтранспарантов, включая, размеры и количество элементарных ячеекамплитудно-фазового транспаранта, значения допустимых погрешностейего изготовления; значения конструктивных параметров ФПО и объектива основногооптического канала, включая, фокусные расстояния, диаметр апертурнойдиафрагмы; значенияконструктивныхизображений,включая,параметровколичествоустройстваипериодырегистрациирасположениячувствительных элементов МПИ.4.1.1.
Функциональные схемы устройств маркировки регистрируемыхизображенийПредложены две функциональные схемы устройствмаркировкирегистрируемых изображений, состоящие из основного оптического канала,предназначенного для формирования изображения пространства предметов, икогерентного оптического канала, предназначенного для формированияинтенсивности фурье-спектра амплитудно-фазового транспаранта в плоскости109регистрацииизображенияфункциональнойсхемыпространства(см.Рис.4.1)предметов.Первыйпредполагаетвариантконструктивноесовмещение основного и когерентного оптических каналов. Второй вариантфункциональной схемы (см.
Рис. 4.2) предполагает использование внешнегокогерентного канала в виде насадки на объектив системы регистрации.1 – лазерный диод; 2 – коллиматор; 3 – псевдослучайный фазовый транспарант;4 – амплитудный (фазовый) транспарант, задающий АК; 5 – ФПО; 6 – кубпризма; 7 – МПИ, 8 – апертурная диафрагма, 9 – афокальная система Галилея,10 – объектив системы регистрации.Рис.
4.1. Функциональная схема устройства маркировки регистрируемыхизображений с совмещёнными основным и когерентнымоптическими каналамиВ схеме, представленной на Рис. 4.1, основной оптический канал 10состоит из ФПО 5, куб-призмы 6 и афокальной системы Галилея 9,предназначенной для получения необходимого фокусного расстояния приформировании основного изображения. Когерентный канал включает в себяколлиматор 2, предназначенный для коллимирования излучения лазерного110диода 1, набор транспарантов 3 и 4, осуществляющих модуляцию лазерногоизлучения, куб-призму 6 и ФПО 5. Для предотвращения виньетированияизлучения в когерентном оптическом канале должно быть обеспеченосопряжение плоскости амплитудно-фазового транспаранта, образованноготранспарантами 3 и 4, и апертурной диафрагмы 8 основного оптическогоканала.1 – лазерный диод; 2 – коллиматор; 3 – псевдослучайный фазовый транспарант;4 – амплитудный (фазовый) транспарант, задающий АК; 5 – ФПО;6 – светоделитель; 7 – МПИ, 8 – входной зрачок объектива системырегистрации; 9 – афокальная система Кеплера; 10 – объектив системырегистрации; 11 – зеркало; 12 – пространственно-частотный фильтр.Рис.
4.2. Функциональная схема устройства маркировки регистрируемыхизображений с внешним когерентным оптическим каналомВ схеме, представленной на Рис. 4.2, основной оптический канал состоитиз объектива системы регистрации 10 и светоделителя 6. Когерентный каналвключает в себя коллиматор 2, предназначенный для коллимированияизлучения лазерного диода 1, набора транспарантов 3 и 4, осуществляющихмодуляциюлазерногоизлучения,афокальнойсистемыКеплера9,111предназначенной для получения необходимого фокусного расстояния приформировании стеганограммы, светоделителя 6 и объектива 10.
Дляпредотвращения виньетирования излучения в когерентном оптическом каналедолжно быть обеспечено оптическое сопряжение плоскости амплитуднофазового транспаранта, образованного транспарантами 3 и 4, и входного зрачка8 объектива системы регистрации. В данном варианте функциональной схемыестьвозможностьфильтрациипространственно-частотногонулевогофильтра12впорядкаприменениемплоскостиформированияпромежуточного фурье-спектра.В каждом из предложенных вариантов функциональных схем стеганоизображение формируется путем одновременной регистрации изображения,формируемого основным оптическим каналом, и интенсивности фурье-спектра,формируемого когерентным каналом. За счет низкого уровня аддитивногосигнала и его шумоподобного вида наличие интенсивности фурье-спектравизуально не заметно на фоне основного изображения.4.1.2.
Основные положения методики проектированияИсходными данными для расчёта параметров оптико-электронногоустройства маркировки являются количество элементов МПИ, периоды ихрасположения ( и ) и требуемое фокусное расстояние основногооптического канала.Методика проектирования включает следующие основные положения:1) Расчёт необходимого фокусного расстояния ФПО для выбранныхразмеров ячейки случайного фазового транспаранта × и длины волнылазерного излучения . С учетом условий (3.13), обеспечивающих получениеравномерного распределения фурье-спектра в пределах кадра, фокусноерасстояние ФПО определяется по формуле ′ = max{ −1 , −1 }.(4.1)Для формирования дифракционной картины, описываемой в рамкахскалярной теории дифракции, необходимо, чтобы размер ячейки фазовоготранспаранта превышал несколько длин волн.
Если принять минимальный112размер ячейки min{ , } ≥ 5, то фокусное расстояние ФПО должно большечем в пять раз превышать размер максимальной стороны МПИ. Как показано вработе [83], при этих условиях ошибка скалярной теории дифракции прирасчёте энергии в дифракционных порядках не превышает 5%.2) Определение количества ячеек случайного фазового транспаранта × изопределяемыйусловия,чтовыражениямимасштаб(3.15),формируемойдолженспекл-структуры,находитьсявдиапазоне1 ≤ , ≤ 2. Для выполнения данного условия количество ячеек должноудовлетворять неравенствам: ′ ′≥ ≥, 2 ′ ′≥ ≥. 2 (4.2)Если выполняются равенство в условиях (3.13), то условия (4.2)преобразуются к виду ≥ ≥ 0,5, ≥ ≥ 0,5.(4.3)′′3) Расчёт углового увеличения афокальной системы Γ = ′ ⁄об, где об–требуемое фокусное расстояние основного оптического канала.4) Расчёт диаметра апертурной диафрагмы.
В первом вариантефункциональной схемы (см. Рис. 4.1) диаметр апертурной диафрагмы должен превышать максимальные размеры фазового транспаранта:22√( ) + ( ) ≤ (4.4)Во втором варианте функциональной схемы (см. Рис. 4.2) размерыизображения фазового транспаранта в плоскости входного зрачка объективасистемы регистрации должны быть меньше его диаметра:22√( ) + ( ) ≤ ∙ Γ,(4.5)где – диаметр входного зрачка объектива системы регистрации; Γ – угловоеувеличение афокальной системы Кеплера.′5) Определение фокусного расстояния коллиматора кол, необходимогодля обеспечения пространственной когерентности. Радиус когерентности в113′−1плоскости фазового транспаранта, определяемый как к ≈ колии, где ии –диаметр излучающей поверхности лазерного диода, должен удовлетворятьусловиюк ≥ 0,5 max{ , }.(4.6)Тогда требуемое фокусное расстояние коллиматора определяется как′кол≥ 0,5ии −1 max{ , }.(4.7)6) Расчёт перепада высот ℎ между ячейками бинарного фазовоготранспаранта, соответствующего разности фаз равной .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
