Luận án tiến sĩ một số kỹ thuật phòng chống giả mạo ảnh số luận án tiến sĩ hệ th

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN ĐĂNG HIÊN MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÒNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH SỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Hà Nội – 2017 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN ĐĂNG HIÊN MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÒNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH SỐ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 62 48 01 04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Phạm Văn Ất 2. TS Trịnh Nhật Tiến Hà Nội – 2017 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Xác nhận luận án đã được chỉnh sửa theo kết luận của hội đồng: Người Hướng dẫn Chủ tịch Hội đồng PGS. TS Phạm Văn Ất PGS.

TS Trịnh Nhật Tiến GS. TS Nguyễn Thanh Thủy TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả được viết chung với các tác giả khác đều được sự đồng ý của các đồng tác giả trước khi đưa vào luận án. Các kết quả được trình bày trong luận án là mới, các số liệu là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh Trần Đăng Hiên i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS. Trịnh Nhật Tiến và PGS. Phạm Văn Ất, những người mà từ đó Nghiên cứu sinh đã học được rất nhiều điều quý báu, các thầy là tấm gương sáng cho tôi trong nghiên cứu chuyên môn cũng như trong cuộc sống. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy về sự giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn đến PGS. Hà Quang Thụy, PGS. Nguyễn Ngọc Hóa đã có nhiều góp ý chuyên môn và sự động viên tinh thần giúp vượt qua nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu cũng như trong cuộc sống. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Các Hệ thống thông tin, Khoa Công nghệ thông tin đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ trong thời gian học tập tại Trường.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo nhà trường, khoa và các đồng nghiệp tại nhóm nghiên cứu Seminar An toàn thông tin. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến PGS. Đỗ Năng Toàn đã có những góp ý chuyên môn cho tôi suốt từ khi bắt đầu quá trình học tập. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ về tinh thần, thời gian để hoàn thành luận án.

Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Trần Đăng Hiên ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. II MỤC LỤC .III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. VIII DANH MỤC CÁC BẢNG. IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.

XI PHẦN MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ ẢNH SỐ GIẢ MẠO, PHÒNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH SỐ, CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI MA TRẬN .1 CÁC DẠNG ẢNH GIẢ MẠO.2 Ảnh giả mạo và phân loại .2 Cắt/dán trên cùng một ảnh .3 Chỉnh sửa ảnh .2 KỸ THUẬT PHÒNG CHỐNG VÀ PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO .1 Kỹ thuật chủ động .1 Giới thiệu và phân loại thủy vân .2 Các yêu cầu với lược đồ thủy vân .3 Ứng dụng của thủy vân .2 Kỹ thuật thụ động .1 Kỹ thuật dựa trên Pixel .2 Kỹ thuật dựa trên định dạng .3 Kỹ thuật dựa trên thiết bị thu nhận.4 Kỹ thuật dựa trên đặc tính vât lý .20 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.5 Kỹ thuật dựa trên đặc tính hình học .3 MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI MA TRẬN .1 Phép phân tích SVD .2 Phép phân tích QR .3 Phép biến đổi cosine rời rạc .1 Phép biến đổi cosine rời rạc một chiều .2 Phép biến đổi cosine rời rạc hai chiều .4 Phép biến đổi wavelet rời rạc .1 Một số ký hiệu và khái niệm .2 Ý tưởng chung của phép biến đổi DWT trực chuẩn .3 Phép biến đổi DWT dạng Haar .4 Phép biến đổi DWT dạng Daubechies D4 .4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. PHÒNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN.1 KỸ THUẬT THỦY VÂN VÀ PHÒNG CHỐNG GIẢ MẠO ẢNH .2 ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐIỀU CHỈNH CỘNG GIẢI BÀI TOÁN NMF VÀ XÂY DỰNG LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN .1 Giới thiệu bài toán thừa số hóa ma trận không âm và một số thuật toán giải .2 Đề xuất thuật toán điều chỉnh cộng giải bải toán NMF .1 Điều chỉnh một phần tử của W .2 Điều chỉnh một phần tử của H .3 Điều chỉnh ma trận W và H .4 Đề xuất thuật toán aNMF .5 Điều kiện dừng của thuật toán .6 Một số kết quả thực nghiệm .3 Xây dựng lược đồ thủy vân sử dụng thuật toán aNMF .45 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Thuật toán nhúng thủy vân.2 Thuật toán trích thủy vân .3 ĐỀ XUẤT LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN SỬ DỤNG PHÂN TÍCH QR .1 Lược đồ thủy vân sử dụng phân tích SVD .1 Lược đồ thủy vân SVD -1 .2 Lược đồ thủy vân SVD-N .2 Đề xuất lược đồ thủy vân sử dụng phân tích QR .1 Lược đồ thủy vân QR-1 .2 Lược đồ thủy vân QR-N.3 Một số ưu điểm của các lược đồ đề xuất so với lược đồ SVD-1, SVD-N.1 Tốc độ thực hiện.2 Khả năng lựa chọn phần tử nhúng thủy vân .3 Chất lượng ảnh sau khi nhúng thủy vân.1 Bộ ảnh thử nghiệm .2 So sánh tính bền vững của các lược đồ thủy vân .3 So sánh lược đồ SVD-1 và lược đồ QR-1 tại các vị trí nhúng thủy vân khác nhau .4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO DẠNG CẮT/DÁN .1 ẢNH GIẢ MẠO DẠNG CẮT/DÁN VÀ MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN .1 Ảnh giả mạo dạng cắt/dán và quy trình phát hiện .2 Kỹ thuật đối sánh chính xác .3 Kỹ thuật đối sánh bền vững .2 MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỐI SÁNH BỀN VỮNG .1 Kỹ thuật dựa trên 7 đặc trưng màu .72 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Kỹ thuật dựa trên phép biến đổi DCT .3 Nhận xét về các kỹ thuật .3 ĐỀ XUẤT KỸ THUẬT DỰA TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI DCT .1 Thuật toán phát hiện .3 So sánh và phân tích .4 ĐỀ XUẤT PHÉP BIẾN ĐỔI DWT VÀ XÂY DỰNG KỸ THUẬT PHÁT HIỆN .1 Đề xuất xây dựng phép biến đổi DWT động .2 Ứng dụng xây dựng thuật toán phát hiện .5 KỸ THUẬT DỰA TRÊN PHÉP THỪA SỐ HÓA MA TRẬN KHÔNG ÂM NMF .6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO DẠNG GHÉP ẢNH .1 PHÁT HIỆN ẢNH GIẢ MẠO DẠNG GHÉP ẢNH DỰA TRÊN TÍNH CHẤT CỦA PHÉP LẤY MẪU LẠI TRÊN ẢNH .1 Một số kỹ thuật liên quan .1 Kỹ thuật của Kirchner (ký hiệu là K4) .2 Kỹ thuật dựa trên sai phân bậc hai (ký hiệu là SPB2) .3 Kỹ thuật của Prasad và Ramakrishnan (ký hiệu là DWT3.2 Tính chất của phép lấy mẫu tăng trên ảnh .1 Lấy mẫu lại tín hiệu .2 Lấy mẫu lại trên ảnh .3 Tính chất của phép lấy mẫu tăng trên ảnh .3 Đề xuất kỹ thuật phát hiện ảnh giả mạo bằng phép biến đổi hiệu .1 Xây dựng phép biến đổi hiệu trên ma trận điểm ảnh .110 vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Đề xuất kỹ thuật phát hiện ảnh giả mạo dựa trên phép biến đổi hiệu (ký hiệu BĐH).4 Đề xuất kỹ thuật dựa trên lọc thông cao của phép biến đổi DWT .1 Phép biến đổi DWT .2 Đề xuất kỹ thuật giảm độ phức tạp tính toán (ký hiệu LTC) .5 Đánh giá độ phức tạp tính toán và tính bền vững .1 Đánh giá độ phức tạp tính toán của BĐH .2 Đánh giá độ phức tạp tính toán của DWT3.3 Đánh giá độ phức tạp tính toán của LTC .4 Phân tích tính bền vững.6 Kết quả thử nghiệm .1 Một số hình ảnh minh họa khả năng các kỹ thuật.2 Đánh giá và so sánh hiệu quả các kỹ thuật .2 PHÁT HIỆN GIẢ MẠO ẢNH DẠNG GHÉP ẢNH CÓ NGUỒN GỐC JPEG.1 Dạng ảnh giả mạo.3 Kỹ thuật phát hiện .4 Một số kết quả thực nghiệm .3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .130 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .132 TÀI LIỆU THAM KHẢO .04 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.04 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ Ý nghĩa chữ viết tắt BMP Bitmap (định dạng ảnh) CBCL Center for Biological & Computational Learning (cơ sở dữ liệu) DB4 Daubechies 4 (phép biến đổi wavelet) DCT Discrete Cosine Transform (biến đổi cosine rời rạc) DFT Discrete Fourier Transform (Phép biến đổi Fourier rời rạc) DWT Discrete Wavelet Transform (biến đổi wavelet rời rạc) ENE Eelectric Network Frequency (Tần số lưới điện) EM Expectation Maximization (Thuật toán EM) IDCT Inverse Discrete Cosine Transform (phép biến đổi DCT ngược) IDWT Inverse Discrete Wavelet Transform (biến đổi DWT ngược) JPEG Joint Photographic Experts Group (một định dạng ảnh nén) MP3 MPEG Audio Layer III (một định dạng nén âm thanh) MPEG Moving Picture Experts Group (một định dạng nén video) KKT Krush-Kuhn-Tucker (điều kiện hội tụ) NMF Non-negative Matrix Factorization (khai triển ma trận không âm) PCA Principal component analysis (phân tích thành phần chính) PSNR Peak Signal-to-Noise Ratio (tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu) SVD Singular Value Decomposition (phân tích giá trị đặc trưng) TIFF Tagged Image File Format (định dạng ảnh) WAVE Waveform Audio File Format (một định dạng nén âm thanh) viii (LUAN.04 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.04 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. Giá trị phần dư KKT tương đối. Các giá trị trung bình của hàm mục tiêu. Thời gian chạy máy trung bình.

Giá trị của hàm mục tiêu. Chất lượng ảnh của các lược đồ thuỷ vân (Diff càng nhỏ thì chất lượng càng cao). Giá trị Err của các lược đồ thủy vân (Err càng nhỏ thì càng bền vững). Giá trị Err theo lược đồ SVD-1 và QR-1 tại các vị trí nhúng khác nhau.

Một số hình ảnh giả mạo dạng cắt/dán và kết quả phát hiện. Một ảnh giả mạo dạng cắt/dán có tấn công và kết quả phát hiện. Kết quả thử nghiệm với vùng cắt/dán là vuông và bất kỳ. Kết quả thử nghiệm với vùng ảnh sau khi cắt/dán được thêm nhiễu Gaussian.

Kết quả thử nghiệm với ảnh sau khi cắt/dán được nén JPEG. Kết quả thử nghiệm với ảnh sau khi cắt/dán được làm mờ Gaussian Blurring. Bảng kết quả đánh giá tỉ lệ bỏ sót của thuật toán. Bảng kết quả đánh giá tỷ lệ phát hiện nhầm của thuật toán.

So sánh thời gian thực hiện và kết quả phát hiện giữa ba thuật toán. So sánh giá trị của 4 khối ảnh sau khi áp dụng phép biến đổi DWT hai mức. Một số kết quả phát hiện ảnh giả mạo có thao tác thêm nhiễu, làm mờ, nén ảnh.