IMAGENES DIGITALES FILIGRANADAS.

Un método de detección de manipulación para imágenes digitales,

incluyendo proporcionar una imagen con filigrana digital, y procesar digitalmente al menos algunas partes con filigrana de la imagen, caracterizándose el método porque el paso de procesado digital incluye determinar valores de confianza (5, 6a) para las al menos algunas partes con filigrana de la imagen, representando un valor de confianza la probabilidad de que una parte con filigrana ha sido manipulada y comparar los valores de confianza determinados a través de la imagen proporcionada para proporcionar una indicación acerca de la probabilidad de que la imagen proporcionada haya sido manipulada

Imágenes digitales filigranadas.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a imágenes digitales filigranadas. En particular, se refiere a métodos para mejorar la confianza en imágenes digitales filigranadas y para su autenticación.

Con el fin de aumentar la confianza del uso de imágenes digitales como prueba, posiblemente en un tribunal de justicia, hay una importante necesidad de demostrar que una imagen no ha sido manipulada.

Antecedentes de la invención

Es conocido usar análisis de auditoría, en que se adjunta a la imagen información acerca de cuándo se procesó una imagen, pero estos métodos son solamente aplicables una vez que una imagen ha sido registrada en un sistema. Por lo tanto, dicho análisis de auditoría no puede detectar operaciones no autorizadas antes del registro en un ordenador, y puede no ser capaz de informar acerca del tipo de procesado realizado en cualquier momento. El análisis de auditoría también puede ser evitado o corrompido, ya sea deliberadamente o de forma accidental.

La filigrana de la imagen es una técnica conocida. En esta técnica, se incrusta una configuración binaria conocida o firma en una imagen en el momento de la adquisición de la imagen. Tales filigranas se denominan "robustas" porque están diseñadas para permanecer intactas independientemente de cualquier procesado posterior de la imagen tal como filtración, recorte, etc. Aunque tales filigranas proporcionan un grado de protección útil, actualmente no se puede confiar plenamente en ellas no pueden tener siempre el grado necesario de seguridad de que una imagen no haya sido manipulada para usar la imagen como prueba bajo las normas estrictas de los tribunales de justicia, etc.

Ruanaidh, Dowling y Boland "Phase Watermarking of Digital Images", IEEE INTCONF Image Processing, Vol. 3, Lausanne, Suiza, septiembre 1996, p. 239 a 242, describe una técnica para filigranar imágenes digitales en que una imagen se divide en bloques de un tamaño seleccionado (por ejemplo 16 x 16 pixeles). Se aplica una transformada Fourier discreta (DFT) al componente de luminancia de la imagen en base de bloque a bloque. La DFT es un valor complejo y por ello genera un módulo y una fase. La filigrana resultante incluye una cadena binaria de 1s y 0s que puede representar, por ejemplo, un logo de compañía, un código de autenticación de usuario, información de fecha/hora/posición, etc. La filigrana se incrusta en la imagen alterando la fase de los coeficientes DFT seleccionados.

Un artículo titulado "Attack Characterization for Effective Watermarking" por Deepa Kundur y Dimitrios Hatzinakos, Conferencia Internacional sobre Procesado de Imágenes, ICI P'99, Kobe, Japón 24-28 Octubre 1999, páginas 240-244, describe un esquema de filigrana en el que se incrustan dos filigranas (una filigrana robusta y una filigrana de referencia) en una imagen con el fin de llevar a cabo la recuperación de la filigrana robusta en caso de ataque a la imagen. La filigrana de referencia (es conocida por el dispositivo receptor) y se usa para caracterizar un ataque antes de que la filigrana robusta sea recuperada permitiendo por ello que la filigrana robusta sea decodificada más exactamente.

La presente invención surgió en un intento de proporcionar un método mejorado de autenticar una imagen filigranada y de mejorar por ello la confianza en ella.

Breve resumen de la invención

Según la presente invención se facilita un método de detección de manipulación para imágenes digitales según la reivindicación 1 de las reivindicaciones acompañantes.

Preferiblemente, se aplica una transformada Fourier discreta a la imagen en base de bloque a bloque, y la filigrana es aplicada a cada uno de un número seleccionado de coeficientes DFT dentro de un bloque seleccionando la fase de dicho coeficiente DFT que sea igual a la fase de uno u otro de una pluralidad de valores de fase, de un conjunto de valores de fase cuantificados, que son más próximos a la fase real dependiendo del valor con que el bit filigranado ha de ser incrustado, y donde durante la recuperación de la filigrana, se toma de nuevo una transformada Fourier discreta de cada bloque y la filigrana se recupera determinando a qué conjunto cuantificado de niveles los datos de fase del bit recuperados son más próximos.

Una medida de confianza para cada bit n de fase recuperada P_n puede ser definida como

C_n = 1-(2*|P_x-P_n|/|P_x-P_y|)

donde P_n es la fase recuperada para el bit n de la filigrana, | | denota el módulo, y P_x, P_y son los niveles de fase de referencia más próximos, donde se eligió P_x como el nivel de fase más próximo.

Alternativamente, la filigrana digital se realiza en los bloques de la imagen de un tamaño predeterminado; donde un valor de amplitud se añade o resta de una amplitud relativa a cada uno de un número de pixeles seleccionados del bloque, dependiendo de si el valor con el que el bit filigranado ha de ser incrustado, y donde, durante la recuperación de la filigrana, se realiza una estimación del valor real, y donde cada valor de confianza se relaciona con la proximidad de la amplitud recuperada a uno o más de un conjunto cuantificado de niveles de amplitud de referencia. La medida de confianza C_n de cada bit n se puede definir entonces como

C_n=1-(2*|A_x-A_n|/|A_x-A_y|)

donde A_n es la amplitud recuperada para el bit n de la filigrana, | | denota el módulo, y A_x, A_y son los niveles de amplitud de referencia más próximos, donde se eligió A_x como el más próximo.

La filigrana es preferiblemente un código binario (es decir el valor puede ser 0 o 1) o puede ser otros códigos, en que cada bit podría ser incrustado con tres, cuatro o más valores por ejemplo. Esta codificación puede ser útil en el dominio espacial, pero también puede ser usada en el dominio de transformada.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán realizaciones de la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos acompañantes, donde:

La figura 1 representa la DFT de un bloque que forma parte de una imagen.

La figura 2 representa niveles de cuantificación de fase para formar una filigrana.

La figura 3 representa un diagrama de fase en una etapa posterior de verificación de la filigrana.

La figura 4 representa valores de confianza a través de parte de una imagen.

La figura 5 representa variaciones del valor de confianza dependiendo de la posición de bit.

La figura 6 es un gráfico de valores de confianza y valores de varianza de magnitud DFT.

La figura 7 es un gráfico de valores de confianza para diferentes regímenes de compresión JPEG.

Y la figura 8 representa el efecto que tienen en la confianza cortar y pegar parte de una imagen.

Descripción detallada de realizaciones de la invención

Se describirán realizaciones de la invención que usan tipos de filigrana de imagen por modulación de fase. Sin embargo, se deberá apreciar que los conceptos de la presente invención se pueden aplicar igualmente con otros tipos de procesado de imagen, y en particular en el dominio espacial además del dominio de frecuencia o fase.

En un método en línea con el usado por Ruanaidh y colaboradores, una imagen se divide en bloques de tamaño deseado. Estos pueden ser, por ejemplo, de 16 x 16 pixeles. Se aplica una transformada Fourier discreta (DFT) al componente de luminancia de la imagen en base de bloque a bloque. La DFT genera un módulo y una fase. La figura 1 representa un bloque de 16x16 pixeles 1 que forma parte de una imagen 2. La filigrana es una cadena binaria de 1s y 0s que puede representar posiblemente un logo de compañía, un código de autenticación de usuario, información acerca de la fecha/hora/posición, etc. La filigrana se incrusta en el bloque 1 alterando la fase de coeficientes DFT seleccionados. Los coeficientes DFT seleccionados se representan de forma puramente esquemática como Xs en algunos de los coeficientes en bloque 1 de la figura 1. En algunas realizaciones, se usan 52 elementos (en la figura se representan menos para mayor claridad)....

1. Un método de detección de manipulación para imágenes digitales, incluyendo proporcionar una imagen con filigrana digital, y procesar digitalmente al menos algunas partes con filigrana de la imagen, caracterizándose el método porque el paso de procesado digital incluye determinar valores de confianza (5, 6a) para las al menos algunas partes con filigrana de la imagen, representando un valor de confianza la probabilidad de que una parte con filigrana ha sido manipulada y comparar los valores de confianza determinados a través de la imagen proporcionada para proporcionar una indicación acerca de la probabilidad de que la imagen proporcionada haya sido manipulada.

2. Un método según la reivindicación 1, donde el valor de confianza Cn de un bit n de la imagen proporcionada se relaciona con la proximidad de un valor recuperado del bit n, recuperado de la imagen proporcionada, a uno de los dos valores esperados.

3. Un método según la reivindicación 1 o 2, donde la filigrana digital se realiza en los bloques de la imagen de un tamaño predeterminado, donde se aplica una transformada Fourier discreta (DFT) a la imagen en base de bloque a bloque para generar una pluralidad de coeficientes DFT, y se aplica una filigrana a cada uno de un número seleccionado de coeficientes DFT dentro de un bloque seleccionando la fase de dicho coeficiente DFT (P_n) que sea igual a la fase de uno u otro de una pluralidad de valores de fase (P₁, P₂), de un conjunto de valores de fase cuantificados, que son más próximos a la fase real, dependiendo del valor con que el bit filigranado ha de ser incrustado, y donde durante la recuperación de la filigrana, se toma de nuevo una transformada Fourier discreta de cada bloque y la filigrana es recuperada determinando a qué conjunto cuantificado de niveles (F1) están más próximos los datos de fase del bit recuperado, donde cada valor de confianza (6a) es relacionado con la proximidad de la fase recuperada a uno o más del conjunto cuantificado de niveles de fase.

4. Un método según la reivindicación 3, donde un valor de confianza para cada bit n de fase recuperada P_n se define como

C_n = 1 - (2 * | P_x - P_n | / | P_x - P_y |)

donde P_n es la fase recuperada para el bit n de la filigrana, | | denota el módulo, y P_x, P_y son los niveles de fase de referencia más próximos, donde P_x se eligió como el más próximo.

5. Un método según la reivindicación 1 o 2, donde la filigrana digital se realiza en los bloques de la imagen de un tamaño predeterminado; donde un valor de amplitud se añade o resta de una amplitud relativa a cada uno de un número de pixeles seleccionados del bloque, dependiendo de el valor con que el bit filigranado ha de ser incrustado, y donde durante la recuperación de la filigrana se realiza una estimación del valor real, y donde cada valor de confianza se relaciona con la proximidad de la amplitud recuperada a uno o más de un conjunto cuantificado de niveles de amplitud de referencia.

6. Un método según la reivindicación 5, donde un valor de confianza para cada bit es de amplitud recuperada A_n se define como:

C_n = 1 - (2 * | A_x - A_n | / | A_x - A_y|)

donde A_n es la amplitud recuperada para el bit n de la filigrana, | | denota módulos, y A_x, A_y son los niveles de amplitud de referencia más próximos, donde A_x se eligió como el más próximo.

7. Un método según cualquier reivindicación precedente, en que la imagen es filigranada en los bloques de tamaño predeterminado y donde se mide un valor de confianza C_n para el bit n en cada bloque y las medidas de confianza para el bit n a través de la imagen completa son comparadas posteriormente para determinar la probabilidad de manipulación.

8. Un método según cualquier reivindicación precedente, donde la imagen es filigranada en los bloques de tamaño predeterminado, y donde la confianza por bloque es medida como una media a través de la filigrana completa y se compara con el valor de confianza medio en cada uno de los otros bloques en toda la imagen, para determinar la probabilidad de manipulación.

9. Un método según cualquier reivindicación precedente, donde solamente una selección de bloques de tamaño predeterminado de la imagen se filigrana.

10. Un método según cualquier reivindicación precedente, donde la imagen es filigranada en los bloques de tamaño predeterminado y donde el origen de los bloques está decalado.

11. Un método según la reivindicación 10, donde se usa decalado de origen para maximizar el número de bloques adecuados para filigrana.

12. Un método según cualquier reivindicación precedente, donde la imagen es filigranada en los bloques de un tamaño predeterminado y donde el incrustamiento de la filigrana es desplazado de un bloque a otro.

13. Un método según la reivindicación 12, donde el desplazamiento incluye girar los bits de la filigrana de un bloque al siguiente según reglas predeterminadas, en particular donde el desplazamiento incluye un desplazamiento pseudoaleatorio de un bloque al siguiente.

14. Un método según cualquier reivindicación precedente, donde el proceso de filigrana incluye un paso de transformada Fourier discreta y donde las partes de la imagen elegida para filigrana son las que tienen una varianza de magnitud DFT seleccionada (6b).

15. Un método según la reivindicación 14, donde las zonas elegidas son las que tienen una varianza en la magnitud de los coeficientes de transformada Fourier discreta de menos de aproximadamente 50% con respecto a la varianza máxima de la magnitud DFT.

16. Un método según una de las reivindicaciones 14 o 15, donde las zonas elegidas son aquellas cuya magnitud media de los coeficientes DFT elegidos para filigrana es superior a aproximadamente 40% de la magnitud media total para el bloque completo (6c).

17. Un método según cualquier reivindicación precedente, donde la imagen es filigranada en los bloques y donde se usa una medición de tasa de errores de bits de la filigrana recuperada por bloque, con respecto a la filigrana original, en combinación con los valores de confianza para determinar la probabilidad de manipulación.