Підвищення достовірності цифрових зображень на основі інформаційних технологій вбудованих ідентифікаторів в задачах електронного бізнесу - Автореферат

При автоматизованій обробці цифрових зображень в сучасних інформаційних системах, наприклад в системах електронного документообігу, медичної і технічної діагностики, підсистемах електронного бізнесу часто використовується додаткова інформація про зображення: службові дані, ідентифікаційна інформація тощо. Цими недоліками є такі: збільшення розміру повідомлень порівняно з первинними, неможливість модифікацій зображень, високі вимоги до швидкості обробки інформації, необхідність використання нестандартних форматів зберігання зображень. Технології вбудованих ідентифікаторів (ВІ) характеризуються такими перевагами: непомітністю, невіддільністю від первинного повідомлення (ПП), збереженням надійності відтворення ПП, тобто відсутністю помітних відмінностей між первинним повідомленням і повідомленням з вбудованим ідентифікатором, можливістю модифікації повідомлення при збереженні працездатності системи з ПП і передачі разом з ідентифікатором деякої службової інформації. Практична цінність досліджень зумовлюється тим, що для ефективного використання технологій вбудованих ідентифікаторів для підвищення достовірності інформації в системах АСУ у вигляді підсистем ідентифікації і класифікації цифрових зображень необхідно розробити моделі і метод дослідження ефективності систем з ВІ і методи їх оптимізації в рамках обмежень, визначених умовами практичного використання. · Розробка математичних моделей і методу дослідження ефективності систем з вбудованими ідентифікаторами, що забезпечують достовірність інформації про цифрові зображення, при заданих обмеженнях на перетворення зображень в каналі обробки.Під забезпеченням достовірності цифрових зображень в системах АСУ розуміється їх ідентифікація с заданим рівнем ймовірностей помилок детектування деякої службової інформації - ідентифікатора. Необхідно ввести міру оцінки спотворень, що вносяться ідентифікатором в зображення - надійність відтворення зображення. Основні переваги застосовування технологій вбудованих ідентифікаторів порівняно з технологіями цифрового підпису і електронних заголовків: збереження розміру первинного повідомлення, можливість обмежених модифікацій зображень в каналі обробки при збереженні працездатності системи з ВІ, зберігання зображень та ідентифікуючої інформації в стандартних графічних форматах файлів, можливість реалізації додаткових операцій автоматизованої обробки на основі інформації, що міститься в ідентифікаторі, таких як контроль, класифікація, пошук тощо. У третьому розділі “Дослідження ефективності систем з вбудованими ідентифікаторами” на основі розроблених моделі і методу були виконані дослідження ефективності систем з ВІ, що використовують півтонові і бінарні зображення для вбудовування ідентифікатора. Розглядалися такі режими роботи систем з ВІ: ідентифікатор і адитивний шум є некорельованими ПВП (режим А); ідентифікатор є корельованою ПВП, адитивний шум - некорельованою ПВП (режим B); ідентифікатор і адитивний шум - корельовані ПВП (режим C); ідентифікатор є некорельованою ПВП, адитивний шум - корельованою ПВП: (режим D).Використовування технологій вбудованих ідентифікаторів допускає проведення обмежених модифікацій зображень в каналі обробки, що дає значні переваги для застосовування даних технологій для забезпечення достовірності порівняно з іншими методами ідентифікації. Використання даного методу дає такі переваги: непомітність ідентифікаторів, збереження розміру початкового повідомлення, можливість проведення обмежених модифікацій зображення, можливість передачі з ідентифікатором додаткової інформації. Розроблений метод оцінки ефективності детектування ідентифікатора, заснований на визначенні довжини послідовності ідентифікатора N, необхідної для забезпечення заданої ймовірності помилок і при фіксованому відношенні сигнал/шум з ?, що побічно визначає надійність відтворення зображень. Показано, що з урахуванням підвищеної чутливості бінарних систем з ВІ до надійності відтворення зображень, тільки структури з інформованим ПФП відповідають вимогам практичного використання. Розроблений метод адаптивного вбудовування ідентифікатора, що дозволяє підвищити надійність відтворення зображень і одночасно провести адаптацію до перетворень просторовою десинхронізацією, заснований на вбудовуванні елементів ідентифікатора у візуально непомітні області первинного повідомлення, зокрема в контур зображення.

Основний зміст роботи

Результатом дисертаційної роботи є розробка і підвищення ефективності методів забезпечення достовірності та ідентифікації цифрових зображень в АСУ і системах обробки інформації. Використовування технологій вбудованих ідентифікаторів допускає проведення обмежених модифікацій зображень в каналі обробки, що дає значні переваги для застосовування даних технологій для забезпечення достовірності порівняно з іншими методами ідентифікації.

У роботі отримані такі наукові та практичні результати: 1. На основі аналізу сучасних технологій ідентифікації інформаційних обєктів і типових операцій обробки зображень в інформаційних системах розроблений метод забезпечення достовірності цифрових зображень, заснований на вбудовуванні в зображення ідентифікатора. Використання даного методу дає такі переваги: непомітність ідентифікаторів, збереження розміру початкового повідомлення, можливість проведення обмежених модифікацій зображення, можливість передачі з ідентифікатором додаткової інформації.

2. Розроблені і теоретично обґрунтовані модель і метод дослідження ефективності систем з вбудованими ідентифікаторами, призначених для ідентифікації бінарних і півтонових зображень. Розроблений метод оцінки ефективності детектування ідентифікатора, заснований на визначенні довжини послідовності ідентифікатора N, необхідної для забезпечення заданої ймовірності помилок і при фіксованому відношенні сигнал/шум з ?, що побічно визначає надійність відтворення зображень. Сформульований критерій оптимальності систем з вбудованими ідентифікаторами.

3. Розроблена структура інформованого пристрою вбудовування ідентифікатора в первинне повідомлення для бінарних систем з ВІ. Показано, що з урахуванням підвищеної чутливості бінарних систем з ВІ до надійності відтворення зображень, тільки структури з інформованим ПФП відповідають вимогам практичного використання.

4. Визначені субоптимальні структури систем з ВІ при різних режимах роботи в умовах перетворень повідомлень в каналі обробки на основі фільтрів з відомими та невідомими параметрами.

5. Розроблений метод адаптивного вбудовування ідентифікатора, що дозволяє підвищити надійність відтворення зображень і одночасно провести адаптацію до перетворень просторовою десинхронізацією, заснований на вбудовуванні елементів ідентифікатора у візуально непомітні області первинного повідомлення, зокрема в контур зображення.

6. Розроблений метод детектування ідентифікатора для систем з ВІ на основі адаптивної фільтрації, що дозволяє досягти 2-3 кратних підвищень ефективності при невідомих параметрах перетворень зображень в каналі обробки.

7. Запропоновані підходи до побудови багатобітових систем з ВІ на основі методів кодування ідентифікатора додатковою інформацією. Використовування технологій багатобітових вбудованих ідентифікаторів дозволяє розширити область практичного вживання систем з ВІ, оскільки можливість передачі із зображенням і декодування деякої інформації дозволяє реалізувати в системах АСУ підсистеми автоматичного сортування, пошуку, класифікації зображень.

1. Маракова И.И., Сафронов А.С. Проблематика и перспективы методов сокрытия информации // Тр. ОНПУ. Одесса. 2003. Вып. 1 (19). С. 184 - 188. (Дисертанту належить розробка підходів до забезпечення достовірності цифрових обєктів на основі методів приховування інформації).

2. Маракова И.И., Сафронов А.С. Исследование эффективности бинарных систем с цифровыми водяными знаками // Труды УНИИРТ: Науч.-техн. сб. Одесса. 2003. № 4. С. 77 - 82. (Дисертанту належить розробка моделі та алгоритму дослідження ефективності бінарних систем ідентифікації зображень і проведення чисельного експерименту).

3. Маракова И.И., Сафронов А.С., Стасюк А.И. Оптимизация параметров систем с цифровыми водяными знаками // Труды международной научно-технической конференции СИЭТ 2004. Одесса. 2004. С. 56 - 58. (Дисертанту належить розробка алгоритму оптимізації та проведення моделювання).

4. Сафронов А.С. Адаптация систем с цифровыми водяными знаками к атакам пространственной десинхронизации // Захист інформації: Зб. наук. праць НАУ. Київ. 2005. Вип. 12. С. 88 - 100.

5. Маракова И.И., Сафронов А.С., Стасюк А.И. Оптимизация параметров систем с цифровыми водяными знаками в условиях воздействия линейной фильтрацией и аддитивным шумом // Труды УНИИРТ: Науч.-техн. сб. Одесса. 2004. № 2(38). С. 54 - 60. (Дисертанту належить розробка моделі системи ідентифікації цифрових зображень, алгоритму оптимізації та проведення експериментальних досліджень).

6. Сафронов А.С., Стасюк А.И. Процесс идентификации и верификации сообщений в электронном документообороте на основе технологий встроенных идентификаторов // Управління проектами та розвиток виробництва. 2005. №3(15). С. 134 - 139. (Дисертанту належить розробка метода ідентифікації обєктів інформаційного інтересу в автоматичних інформаційних системах).