Μελέτη και υλοποίηση τεχνικής υδατοσήμανσης ψηφιακών εικόνων με ανοχή σε γεωμετρικές επιθέσεις βασισμένη σε τοπικά χαρακτηριστικά

Abstract

Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η παρουσίαση διαφόρων τεχνικών υδατοσήμανσης (watermarking techniques) ψηφιακών εικόνων με ανθεκτικότητα σε γεωμετρικούς μετασχηματισμούς και η περιγραφή και υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος. Η εργασία πρέπει να αντιμετωπισθεί σαν εισαγωγή στα πολυμέσα και την ψηφιακή υδατοσήμανση. Ειδικότερα αυτή η εργασία ασχολείται με τον έλεγχο αυθεντικότητας και τα πνευματικά δικαιώματα στις εικόνες. Ένα σημαντικό πρόβλημα κατά το σχεδιασμό μιας τεχνικής υδατοσήμανσης ψηφιακών εικόνων είναι πώς θα μπορεί να ανιχνεύεται το υδατόσημο μετά από γεωμετρικές επιθέσεις όπως κλιμάκωση, περιστροφή, περικοπή κλπ. Με την τεχνική που θα υλοποιηθεί στην παρούσα πτυχιακή, επιτυγχάνεται ο συγχρονισμός του υδατόσημου με χρήση χαρακτηριστικών σημείων της εικόνας και κανονικοποίηση κλίμακας. Έτσι, εντοπίζονται τοπικές περιοχές στις οποίες ενσωματώνεται το υδατόσημο. Οι κυκλικές αυτές περιοχές χωρίζονται σε δακτυλίους οι οποίες κβαντίζονται από τα bits του υδατόσημου σε «άρτιους» και «περιττούς». Ένας αντίστοιχος ανιχνευτής χρησιμοποιείται για την εξαγωγή του υδατόσημου. Με πειράματα σε διάφορες εικόνες θα αποδειχθεί η ευρωστία της τεχνικής σε γεωμετρικούς μετασχηματισμούς. Η ανθεκτικότητα ενός συστήματος υδατοσήμανσης σε αυτούς τους μετασχηματισμούς έχει να κάνει με την διατήρηση του υδατογραφήματος και την ικανοποιητική ανίχνευσή του σε εικόνες που έχουν υποστεί τέτοιου είδους μετασχηματισμούς. Ειδικότερα, δεδομένης μιας εικόνας, στόχος μας είναι να τοποθετήσουμε σε αυτήν ένα υδατόσημο (βάση ενός μυστικού κλειδιού-secret key) με τέτοιον τρόπο ώστε ακόμα και όταν η εικόνα υποστεί γεωμετρικές επιθέσεις κατά την διάδοσή της, το υδατόσημο να παραμένει σταθερό μέσα σε αυτή και να μπορεί να ανιχνευθεί στον δέκτη, εφόσον βέβαια η εικόνα παραμένει οπτικά αναλλοίωτη. Έτσι, ο ιδιοκτήτης της εικόνας θα μπορεί να πιστοποιήσει την ιδιοκτησία του. Κάποια πρακτικά ζητήματα που έχουν να κάνουν με τα συστήματα υδατοσήμανσης εικόνας είναι το αν η αρχική εικόνα είναι διαθέσιμη στον ανιχνευτή (non-blind watermarking systems) ή όχι (blind watermarking systems), η επιλογή του υδατογραφήματος, το κατά πόσο το υδατόσημο θα είναι οπτικά αντιληπτό (στόχος είναι το υδατόσημο να είναι όσο το δυνατό οπτικά μη αντιληπτό), η επιλογή του αλγορίθμου εισαγωγής του υδατογραφήματος στην αρχική εικόνα (embedding algorithm), η επιλογή του ανιχνευτή (watermark detector) και άλλα. Όλα αυτά αναλύονται σε ικανοποιητικό βαθμό στη συγκεκριμένη εργασία.