ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br />
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br />
<br />
TRẦN ĐĂNG HIÊN<br />
<br />
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP<br />
PHÁT HIỆN GIẢ MẠO TRÊN DỮ LIỆU ĐA PHƢƠNG TIỆN<br />
<br />
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin<br />
Mã số: 62 48 01 04<br />
<br />
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN<br />
<br />
Hà Nội – 2015<br />
<br />
Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội<br />
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Phạm Văn Ất<br />
PGS. TS. Trịnh Nhật Tiến<br />
<br />
Phản biện: ..................................................................................................<br />
.............................................................................................<br />
<br />
Phản biện: ..................................................................................................<br />
.............................................................................................<br />
Phản biện: ..................................................................................................<br />
.............................................................................................<br />
<br />
Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ<br />
họp tại ..................................................................................................................<br />
<br />
vào hồi<br />
<br />
giờ<br />
<br />
ngày<br />
<br />
tháng<br />
<br />
năm<br />
<br />
Có thể tìm hiểu luận án tại:<br />
-<br />
<br />
Thƣ viện Quốc gia Việt Nam<br />
<br />
-<br />
<br />
Trung tâm Thông tin - Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br />
<br />
MỤC LỤC<br />
MỤC LỤC.................................................................................................................................................... 1<br />
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................................................... 1<br />
MỤC TIÊU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................................................................ 1<br />
NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN ........................................................................................................ 1<br />
TỔ CHỨC CỦA LUẬN ÁN ....................................................................................................................... 2<br />
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ẢNH GIẢ MẠO, PHÕNG CHỐNG VÀ PHÁT HIỆN GIẢ MẠO ẢNH,<br />
CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI MA TRẬN.......... ..................................................................................................... 4<br />
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................................................... 4<br />
1.2 GIỚI THIỆU VÀ DẠNG ẢNH GIẢ MẠO .................................................................................... 4<br />
1.2.1<br />
<br />
Giới thiệu ......................................................................................................................... 4<br />
<br />
1.2.2<br />
<br />
Một số dạng ảnh giả mạo .................................................................................................. 4<br />
<br />
1.3 PHƢƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG VÀ PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO ......................................... 4<br />
1.3.1<br />
<br />
Phƣơng pháp chủ động ..................................................................................................... 4<br />
<br />
1.3.1.1 Giới thiệu và phân loại thủy vân ................................................................................... 4<br />
1.3.1.2 Tính chất của lƣợc đồ thủy vân ..................................................................................... 5<br />
1.3.1.3 Ứng dụng của thủy vân ................................................................................................ 5<br />
1.3.2<br />
<br />
Phƣơng pháp thụ động ...................................................................................................... 5<br />
<br />
1.4 MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI MA TRẬN.......................................................................................... 5<br />
1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 .............................................................................................................. 5<br />
CHƢƠNG 2.<br />
<br />
PHÕNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN .............................. 6<br />
<br />
2.1 KỸ THUẬT THỦY VÂN VÀ PHÒNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH ................................................. 6<br />
2.2 ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐIỀU CHỈNH CỘNG GIẢI BÀI TOÁN NMF VÀ XÂY DỰNG LƢỢC<br />
ĐỒ THỦY VÂN ............................................................................................................................ 6<br />
2.2.1<br />
<br />
Điều chỉnh một phần tử của W .......................................................................................... 6<br />
<br />
2.2.2<br />
<br />
Điều chỉnh một phần tử của H........................................................................................... 7<br />
<br />
2.2.3<br />
<br />
Thuật toán đề xuất (Ký hiệu aNMF) .................................................................................. 7<br />
<br />
2.2.3.1 Điều chỉnh ma trận W và H .......................................................................................... 7<br />
2.2.3.2 Thuật toán aNMF giải bài toán NMF ............................................................................ 8<br />
2.2.4<br />
<br />
Xây dựng lƣợc đồ thủy vân sử thuật toán aNMF ............................................................... 8<br />
<br />
2.2.4.1 Thuật toán nhúng thủy vân ........................................................................................... 8<br />
2.2.4.2 Thuật toán trích thủy vân .............................................................................................. 8<br />
2.3 ĐỀ XUẤT LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN SỬ DỤNG PHÂN TÍCH QR .................................................. 9<br />
2.3.1<br />
<br />
Đề xuất lƣợc đồ thủy vân sử dụng phân tích QR ................................................................ 9<br />
<br />
2.3.1.1 Lƣợc đồ thủy vân QR-1 ................................................................................................ 9<br />
2.3.1.2 Lƣợc đồ thủy vân QR-N ..............................................................................................10<br />
2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ............................................................................................................ 10<br />
CHƢƠNG 3. PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO DẠNG CẮT/DÁN ................................................................. 11<br />
3.1 ẢNH GIẢ MẠO DẠNG CẮT/DÁN VÀ MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN ....................... 11<br />
3.1.1<br />
<br />
Ảnh giả mạo dạng cắt/dán ................................................................................................11<br />
<br />
3.1.2<br />
<br />
Phân loại các phƣơng pháp phát hiện ...............................................................................11<br />
<br />
3.1.2.1 Phƣơng pháp đối sánh chính xác .................................................................................11<br />
3.1.2.2 Phƣơng pháp đối sánh bền vững ..................................................................................11<br />
3.2 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP DỰA TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI DCT ............................................... 11<br />
3.2.1<br />
<br />
Thuật toán phát hiện ........................................................................................................11<br />
<br />
3.3 ĐỀ XUẤT PHÉP BIẾN ĐỔI DWT VÀ XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN .................. 14<br />
3.3.1<br />
<br />
Đề xuất xây dựng phép biến đổi DWT động .....................................................................14<br />
<br />
3.3.2<br />
<br />
Ứng dụng xây dựng thuật toán phát hiện ..........................................................................15<br />
<br />
3.4 PHƢƠNG PHÁP DỰA TRÊN PHÉP THỪA SỐ HÓA MA TRẬN KHÔNG ÂM NMF ............... 17<br />
3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ............................................................................................................ 18<br />
CHƢƠNG 4. PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO DẠNG GHÉP ẢNH............................................................... 19<br />
4.1 PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO DẠNG GHÉP ẢNH DỰA TRÊN TÍNH CHẤT CỦA PHÉP LẤY<br />
MẪU LẠI TRÊN ẢNH ................................................................................................................ 19<br />
4.1.1<br />
<br />
Tính chất của phép lấy mẫu tăng trên ảnh .........................................................................19<br />
<br />
4.1.1.1 Lấy mẫu lại tín hiệu.....................................................................................................19<br />
4.1.1.2 Lấy mẫu lại trên ảnh ....................................................................................................19<br />
4.1.1.3 Tính chất của phép lấy mẫu tăng trên ảnh ....................................................................19<br />
4.1.2<br />
<br />
Đề xuất phƣơng pháp phát hiện ảnh giả mạo bằng phép biến đổi hiệu ..............................19<br />
<br />
4.1.2.1 Xây dựng phép biến đổi hiệu trên ma trận điểm ảnh ....................................................19<br />
4.1.2.2 Đề xuát phƣơng pháp phát hiện ảnh giả mạo dựa trên phép biến đổi hiệu (ký hiệu<br />
BĐH)................. .......................................................................................................................20<br />
4.1.3<br />
<br />
Đề xuát phƣơng pháp dựa trên lọc thông cao của phép biến đổi DWT ..............................20<br />
<br />
4.1.3.1 Phép biến đổi DWT .....................................................................................................20<br />
4.1.3.2 Đề xuất phƣơng pháp giảm độ phức tạp tính toán (ký hiệu LTC) .................................21<br />
4.2 PHÁT HIỆN GIẢ MẠO ẢNH DẠNG GHÉP ẢNH CÓ NGUỒN GỐC JPEG .............................. 22<br />
4.2.1<br />
<br />
Dạng ảnh giả mạo ............................................................................................................22<br />
<br />
4.2.2<br />
<br />
Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................23<br />
<br />
4.2.3<br />
<br />
Phƣơng pháp phát hiện ....................................................................................................24<br />
<br />
4.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ............................................................................................................ 25<br />
KẾT LUẬN ................................................................................................................................................ 26<br />
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...................... 27<br />
<br />
PHẦN MỞ ĐẦU<br />
Ngày nay, ảnh số là phƣơng tiện truyền thông đƣợc sử dụng rộng rãi, đóng vai trò quan trọng trong đời<br />
sống con ngƣời, có tác động đến xã hội, tham gia vào các quá trình pháp lý và kinh tế nhƣ: làm bằng chứng<br />
trong điều tra, xử án, bảo hiểm, gian lận khoa học, v.v…. Hơn nữa, với sự phổ biến của máy ảnh kỹ thuật số<br />
và các phần mềm chỉnh sửa (Photoshop, GIMP, 3D Max), dẫn đến ảnh số có thể dễ dàng đƣợc chỉnh sửa mà<br />
không cần đến các kiến thức chuyên gia, và việc chỉnh sửa hầu nhƣ không để lại dấu vết mà mắt thƣờng có<br />
thể nhận biết đƣợc. Kết quả là, khi những hình ảnh bị chỉnh sửa đƣợc sử dụng cho mục đích xấu, nó có thể<br />
dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề này và trả lời câu hỏi ảnh có độ tin cậy bao<br />
nhiêu, ảnh nào là thật, ảnh nào là giả, thì các kỹ thuật xác thực đƣợc phát triển chẳng hạn nhƣ phƣơng pháp<br />
chủ động (active method) nhúng dấu thủy vân hay chữ ký số vào trong ảnh, ngƣợc lại phƣơng pháp thụ động<br />
(passive method) dựa vào các đặc điểm, tính chất của ảnh giúp phát hiện bị chỉnh sửa mà không cần dấu thủy<br />
vân hay chữ ký số đƣợc nhúng vào trƣớc đó.<br />
Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu<br />
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu, đề xuất một số phƣơng pháp cho phép đảm bảo tính xác thực<br />
(phòng chống giả mạo) của ảnh số và phát hiện ảnh số giả mạo.<br />
Việc phòng chống và phát hiện giả mạo trên ảnh số hiện nay có rất nhiều hƣớng khác nhau. Vì vậy,<br />
phạm vi nghiên cứu của luận án đƣợc tập trung vào các phƣơng pháp chính sau đây:<br />
Phƣơng pháp chủ đông: Phòng chống giả mạo ảnh số bằng kỹ thuật thủy vân số.<br />
Phƣơng pháp thụ động: Phát hiện ảnh giả mạo dạng cắt/dán và dạng ghép ảnh.<br />
Những đóng góp của luận án<br />
Để xây dựng các phƣơng pháp với mục tiêu nhƣ trên, luận án tập trung nghiên cứu sâu các công cụ<br />
toán học là các phép biến đổi ma trận DCT, DFT, DWT, NMF, SVD, QR,..., từ đó xây dựng các phép biến<br />
đổi mới làm cơ sở để cải tiến, đề xuất các phƣơng pháp chủ động và thụ động trong việc phòng chống và<br />
phát hiện giả mạo ảnh, (đến nay hƣớng nghiên cứu này vẫn thu hút nhiều sự quan tâm của nhiều nhà nghiên<br />
cứu trên thế giới, chẳng hạn nhƣ [17,26,45,46,63,87,88]). Luận án đã đạt đƣợc một số kết quả, đóng góp một<br />
phần vào lĩnh vực nghiên cứu, cụ thể nhƣ sau:<br />
Nghiên cứu các phép biến đổi ma trận DCT, DWT, NMF, SVD, QR,... làm cơ sở để xây dựng các<br />
phƣơng pháp phòng chống và phát hiện giả mạo ảnh.<br />
+ Đề xuất thuật toán điều chỉnh cộng cho bài toán thừa số hóa ma trận không âm NMF. Thuật toán đề<br />
xuất có ƣu điểm độ phức tạp tính toán thấp và tốc độ hội tụ nhanh hơn. Kết quả đƣợc đăng tài trong kỷ yếu<br />
hội thảo lần thứ 16 Asia Pacific Symposium on Intelligent and Evolutionary Systems tại đại học Kyoto, Nhật<br />
Bản, năm 2012. Và đƣợc chọn vào số đặc biệt đƣợc đăng lại trong tạp chí New Mathematics and Nature<br />
Computing (Scopus index), năm 2015.<br />
+ Đề xuất phép biến đổi DWT động, phép biến đổi mới này có khả năng tập trung năng lƣợng của ảnh<br />
cao hơn vào các phần tử thuộc góc phần tƣ thứ nhất. Các phƣơng pháp phát hiện giả mạo dạng cắt/dán sử<br />
dụng phƣơng pháp này để xây dựng các đặc trƣng so sánh sẽ cho hiệu quả phát hiện tốt hơn. Kết quả đƣợc<br />
đăng trong Kỷ yếu hội thảo quốc gia lần thứ 7 Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ thông tin – FAIR,<br />
năm 2014.<br />
Các phép biến đổi NMF, DWT động này đƣợc dùng để xây dựng lƣợc đồ thủy vân bán dễ vỡ cho<br />
phòng chống giả mạo ảnh và phƣơng pháp phát hiện ảnh giả mạo dạng cắt/dán, ghép ảnh.<br />
Nghiên cứu thủy vân bán dễ vỡ phòng chống giả mạo ảnh.<br />
1<br />
<br />