Nghiên cứu các phương pháp phát hiện ảnh kỹ thuật số giả mạo và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN PHƯƠNG THÚY

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN
ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2014


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN PHƯƠNG THÚY

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN
ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ MẠO VÀ ỨNG DỤNG
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN NGỌC CƯƠNG

THÁI NGUYÊN – 2014


LỜI CẢM ƠN

Luận văn được thực hiện tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền
Thông – Đại học Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc
Cương.
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc
Cương - Học viện An ninh nhân dân, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ để em
hoàn thành tốt luận văn của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo Trường Đại học
Công nghệ Thông tin và Truyền Thông - Đại học Thái Nguyên, cùng các thầy cô
giáo đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học
tập tại trường cũng như quá trình làm luận văn này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp
những người đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập
và hoàn thành luận văn.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 05 năm 2014
HỌC VIÊN

NGUYỄN PHƯƠNG THÚY

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu các phương pháp phát hiện ảnh kỹ
thuật số giả mạo và ứng dụng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Cương. Các số liệu, hình ảnh được sử
dụng trong luận văn cũng như các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn
là trung thực.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................
i LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................
ii MỤC LỤC..................................................................................................................
iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................................
vi

PHẦN

1:

PHẦN

MỞ

ĐẦU......................................................................................... 1
1. Giới thiệu tổng quan về đề tài .................................................................................
1
2. Bố cục luận văn .......................................................................................................
2
PHẦN 2: NỘI DUNG .................................................................................................
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ ẢNH GIẢ MẠO ...................... 4
1.1. Xử lý ảnh, một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh ................................................
4
1.1.1. Xử lý ảnh ....................................................................................................... 4
1.1.2. Biểu diễn ảnh ................................................................................................. 4

1.1.3. Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh ...................................................... 5
1.1.4. Các giai đoạn trong xử lý ảnh ........................................................................ 8
1.1.4.1. Thu nhận ảnh ........................................................................................... 8
1.1.4.2. Tiền xử lý ................................................................................................ 8
1.1.4.3. Phân đoạn ảnh ......................................................................................... 9
1.1.4.4. Hệ quyết định .......................................................................................... 9
1.1.4.5. Trích chọn đặc điểm ................................................................................ 9
3


1.1.4.6. Nhận dạng.............................................................................................. 10
1.2. Ảnh giả mạo và phát hiện ảnh giả mạo ..............................................................
11
1.2.1. Ảnh giả mạo ................................................................................................. 11

4


1.2.2. Các dạng ảnh giả mạo cơ bản ...................................................................... 13
1.2.2.1. Ghép ảnh................................................................................................ 13
1.2.2.2. Tăng cường ảnh ..................................................................................... 14
1.2.2.3. Sao chép và dịch chuyển vùng trên ảnh ................................................ 14
1.2.3. Hướng tiếp cận bài toán phát hiện ảnh giả mạo........................................... 16
1.2.3.1. Dựa vào hình dạng................................................................................. 16
1.2.3.2. Dựa vào phân tích nguồn sáng .............................................................. 16
1.2.3.3. Dựa vào biến đổi màu sắc ..................................................................... 16
1.2.3.4. Dựa vào cơ sở dữ liệu............................................................................ 16
1.2.3.5. Dựa vào dấu vết quá trình điều chỉnh tỷ lệ............................................ 17
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ
MẠO.......................................................................................................................... 18

2.1. Phát hiện ảnh giả mạo dựa trên thuật toán Exact Match.................................... 18
2.1.1. Ý tưởng ........................................................................................................ 18
2.1.2. Thuật toán .................................................................................................... 19
2.1.3. Phát hiện ảnh giả mạo dựa vào kỹ thuật thay đổi kích thước ...................... 20
2.1.3.1. Các kỹ thuật thay đổi kích thước........................................................... 20
2.1.3.2. Thuật toán cải tiến Exact Match* .......................................................... 22
2.2. Phát hiện ảnh giả mạo dựa trên thuật toán phân tích nguồn sáng ...................... 25
2.2.1. Các phương pháp uớc lượng hướng nguồn sáng ......................................... 25
2.2.1.1. Nguồn ánh sáng vô tận (3-D) ................................................................ 25
2.2.1.2. Nguồn ánh sáng vô tận (2-D) ................................................................ 27
2.2.1.3. Nguồn sáng cục bộ (2-D) ...................................................................... 28
2.2.1.4. Nhiều nguồn sáng .................................................................................. 28
2.2.2. Thuật toán nhận dạng ảnh giả mạo dựa trên phân tích nguồn sáng ............. 29
5


2.2.2.1. Tách biên đối tượng............................................................................... 29
2.2.2.2. Loại bỏ các đối tượng nhỏ và nhiễu ...................................................... 32
2.2.2.3. Chọn các đoạn biên để uớc lượng hướng ánh sáng ............................... 33
2.2.2.4. Thuật toán uớc lượng hướng sáng trên đoạn biên ................................. 33
2.3. Phát hiện ảnh giả mạo dựa vào thuật toán phân tích mẫu nhiễu cảm biến ........ 35
2.3.1. Mẫu nhiễu và các phương thức biểu diễn .................................................... 35
2.3.2. Dò tìm mẫu nhiễu......................................................................................... 38
2.3.3. Thuật toán phát hiện giả mạo ....................................................................... 41
CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH ................................................... 44
3.1. Bài toán phát hiện ảnh giả mạo .......................................................................... 44
3.2. Chương trình thử nghiệm ................................................................................... 45
3.2.1. Giao diện chương trình ................................................................................ 45
3.2.2. Thông tin chương trình ................................................................................ 45
3.2.3. Phát hiện ảnh giả mạo bằng thuật toán Exact Match ................................... 52

3.2.4. Kết quả kiểm tra ........................................................................................... 50
PHẦN 3: KẾT LUẬN ............................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 54
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 56

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Quá trình xử lý ảnh .................................................................................. 4
Hình 1.2. Biểu diễn ảnh bằng hàm f(X,Y) ................................................................ 5
Hình 1.3. Ảnh thu nhận và ảnh mong muốn ............................................................ 6
Hình 1.4. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số......................................................... 8
Hình 1.5. Các thành phần cơ bản của một hệ xử lý ảnh .......................................... 10
Hình 2.1. Bức anh giả mạo của Brian Walski.......................................................... 12
Hình 2.2. Nghị sĩ John Kerry và nữ diễn viên Jane Fonda phát biểu ...................... 12
Hình 2.3. Ghép ảnh từ hai ảnh riêng rẽ .................................................................... 13
Hình 2.4. Ví dụ về tăng cường ảnh .......................................................................... 14
Hình 2.5. Ảnh che phủ và bỏ đi đối tượng ............................................................... 15
Hình 2.6. Ảnh bổ sung đối tượng............................................................................. 15
Hình 2.7. Sơ đồ về việc phát hiện ảnh giả mạo dựa vào cơ sở dữ liệu .................... 17
Hình 2.8. Minh họa cho việc tìm kiếm khối bao của thuật toán Extract Match ...... 18
Hình 2.9: Ảnh cắt dán giả mạo và thuật toán phát hiện ảnh giả mạo Exact Match . 19
Hình 2.10: ô hình ánh xạ các điểm ảnh từ ảnh gốc sang ảnh đích ........................... 20
Hình 2.11: Phát hiện mâu thuẫn hướng nguồn sáng ................................................ 25
Hình 2.12: Minh họa hướng nguồn sáng và pháp tuyến bề mặt của đối tượng ....... 27
Hình 2.13: Hai đối tượng được chiếu bởi một nguồn sáng ở gần ............................ 28
Hình 2.14: Kết quả đạo hàm theo 2 hướng x và y ................................................... 30
Hình 2.15: Kết quả minh họa tính độ lớn biên......................................................... 31

Hình 2.16: Minh họa các liên thông theo 4, 8, 6 láng giềng .................................... 32
7


Hình 2.17: Minh họa các điểm được đánh dấu để xóa............................................. 33
Hình 2.18: Minh họa các điểm được đánh dấu để nối nét đứt. ................................ 33
Hình 2.19: Minh họa kết quả xác định hướng ánh sáng trên bức ảnh giả mạo có sẵn
................................................................................................................................... 34
Hình 2.20: Mô hình mẫu nhiễu ................................................................................ 37
Hình 2.21: Minh họa vùng R được chọn và mẫu nhiễu tham chiếu tương ứng của
nó. ............................................................................................................................. 39
Hình 2.22: Hình ảnh minh họa chọn các vùng Q i và mẫu tham chiếu ............... 40
Hình 2.23: Mô hình tạo mẫu tham chiếu của camera .............................................. 41
Hình 2.24: Sơ đồ mô tả mô hình thực nghiệm ......................................................... 44
Hình 3.1: Giao diện chính ........................................................................................ 45
Hình 3.2: Giao diện thông tin................................................................................... 46
Hình 3.3: Lựa chọn vùng nghi vấn........................................................................... 47
Hình 3.4: Giao diện kiểm tra vùng nghi vấn............................................................ 48
Hình 3.5: Thêm vùng nghi vấn ................................................................................ 48
Hình 3.6: Chương trình đang phân tích.................................................................... 49
Hình 3.7: Kết quả kiểm tra vùng giống nhau ........................................................... 50

vii


PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu tổng quan về đề tài
Mỗi bức ảnh được sáng tác một cách có chủ đích đều truyền tải những thông
điệp riêng, bên cạnh đó ảnh được coi là công cụ biểu diễn và truyền đạt thông tin rất

hữu dụng. Hiện nay, công nghệ kỹ thuật số hiện đại và sự phát triển của các phần
mềm chỉnh sửa ảnh, nên các bức ảnh có thể dễ dàng bị chỉnh sửa.
Các ảnh đưa vào máy tính được số hóa, sử dụng các chức năng của phần
mềm để cắt, dán, tẩy, xoay, chuyển đổi vị trí, nâng cao chất lượng ảnh ... tạo một
bức ảnh như ý mà không để lại nhiều dấu vết của sự giả mạo. Do vậy, chúng ta có
thể thấy việc phát hiện ảnh giả mạo này càng trở nên khó khăn và cần thiết.
Ảnh giả mạo được xem là ảnh không có thật, việc có được ảnh là do có sự
can thiệp bởi các chương trình xử lý ảnh hoặc quá trình thu nhận. Giả mạo ảnh
nhằm vào nhiều mục đích trong đó có việc vu cáo, tạo ra các tin giật gân, đánh lừa
đối thủ, làm sai lệch chứng cứ phạm tội...
Việc phát hiện và chống giả mạo ảnh là một chủ đề ngày càng được quan
tâm bởi nhiều nhóm nghiên cứu. Như các nghiên cứu thuộc cấp bộ của nhóm tác giả
Vũ Đức Thi, Đỗ Năng Toàn, Viện công nghệ thông tin, các nhóm của Dugelay với
nghiên cứu về thủy phân, nhóm Fridrich, với nghiên cứu về nhiễu, phát hiện ảnh giả
mạo dựa vào đối sánh khối bao, Fraid với nghiên cứu về thống kê trên ảnh, về phép
nén ảnh JPEG và sự mâu thuẫn ánh sáng trên ảnh, nhóm của Chang với các phân
tích về mẫu nhiễu trên ảnh.
Trong những năm gần đây, con người có thể dễ sử dụng các phần mềm xử lý
ảnh để tạo ra các bức ảnh ghép tinh vi, tạo nên những tình huống không tồn tại làm
giảm độ tin cậy và giá trị của bức ảnh. Có thể thấy ảnh hưởng của thông tin trên
những bức ảnh là rất lớn, nó luôn có tác động trực tiếp tới con người, do đó chúng
1


tôi chọn đề tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu các phương pháp phát hiện ảnh kỹ thuật
số giả mạo và ứng dụng.”
Các thuật toán phát hiện ảnh giả mạo bao gồm: Thuật toán Exact Mach, thuật
*

toán Exact Mach (thuật toán dò tìm khối bao giống nhau), thuật toán phân tích

nguồn sáng, thuật toán phân tích mẫu nhiễu cảm biến.
Trong thực tế, các bức ảnh giả mạo thường được làm giả bằng cách thêm, bớt,
xóa, sửa...thuật toán Exact Mach dựa trên ý tưởng đối sánh khối bao để tìm ra
những điểm giống nhau trên bức ảnh nhằm phát hiện ảnh giả mạo trong trường hợp
ảnh bị cắt dán bởi các phần khác trong ảnh nhưng chưa phát hiện được ảnh có thay
*

đổi kích thước, thuật toán Exact Mach cũng dựa trên ý tưởng đối sánh khối bao có
khả năng phát hiện đối với các ảnh giả mạo đạng cắt dán từ hính một ảnh và có sự
thay đổi về kích thước cho phép giả quyết bài toán thực tế. Do vậy, tôi lựa chọn
*

thuật toán Exact Mach, thuật toán Exact Mach để thử nghiệm cho chương trình phát
hiện ảnh giả mạo.
2. Bố cục luận văn
Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan đề tài và bố cục luận văn
Nội dung:
Ử LÝ ẢNH VÀ ẢNH GIẢ MẠO
1.1. Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh.
1.2. Ảnh giả mạo và phát hiện ảnh giả mạo.
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH KỸ THUẬT SỐ GIẢ
MẠO
2.1. Phát hiện ảnh giả mạo dựa trên thuật toán Exact Match
2.2. Phát hiện ảnh giả mạo dựa trên thuật toán phân tích nguồn sáng

2


2.3. Phát hiện ảnh giả mạo dựa trên thuật toán phân tích mẫu nhiễu
CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH

3.1. Bài toán phát hiện ảnh giả mạo
3.2. Chương trình thử nghiệm
Phần kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

3


PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠN G 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ ẢNH GIẢ MẠO
1.1. Xử lý ảnh, một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
1.1.1. Xử lý ảnh
Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai
trò quan trọng vì thông tin thu nhận được thu nhận bằng mắt tức là ở dạng hình ảnh.
Trong những năm gần đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và
đồ hoạ phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống [2].
Xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết
quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt
hơn” hoặc một kết luận.

Hình 1.1. Quá trình xử lý ảnh
1.1.2. Biểu diễn ảnh
Đối với ảnh đơn giản (ảnh đen trắng) thì ảnh được biểu diễn bằng một hàm
cường độ sáng hai chiều f(X,Y). Trong đó X, Y là các giá trị toạ độ không gian và
hàm giá trị của f tại một điểm (X,Y) bất kỳ sẽ tỷ lệ với độ sáng hay mức xám của
điểm ảnh tại điểm này. Giá trị của hàm f(X,Y) được hạn chế trong phạm vi của các
số nguyên dương 0≤ f(X,Y) ≤ fmax.

4

P(X,Y)

Hình 1.2. Biểu diễn ảnh bằng hàm f(X,Y)
Các ảnh thường được biểu diễn theo 2 mô hình cơ bản:
Mô hình Raster: Là mô hình biểu diễn ảnh thông dụng nhất hiện nay. Ảnh
được biểu diễn dưới dạng ma trận các điểm ảnh. Tùy theo nhu cầu thực tế mà mỗi
điểm ảnh có thể được biểu diễn bởi một hay nhiều bit. Mô hình Raster thuận lợi cho
việc thu nhận, hiển thị và in ấn.
Mô hình Vector: Bên cạnh mục đích tiết kiệm không gian lưu trữ, dễ dàng
hiển thị và in ấn, các ảnh biểu diễn theo mô hình vector còn có ưu điểm cho phép dễ
dàng lựa chọn, sao chép, di chuyển, tìm kiếm,…Theo những yêu cầu này thì kỹ
thuật biểu diễn vector tỏ ra ưu việt hơn.
1.1.3. Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh
 Ảnh: Là một tập hợp các pixel có cấu trúc, ta có thể coi ảnh là một
mảng hai chiều I ( n, p ) có n dòng và p cột, ảnh sẽ có n
để chỉ

p (pixel). Ta ký hiệu I ( X ,Y )

điểm ảnh có toạ độ ( X , Y ) .
 Điểm ảnh: Gốc của ảnh là ảnh liên tục về không gian và độ sáng. Để xử
lý bằng máy tính, ảnh cần phải được số hoá.
Số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúng một ảnh liên tục thành một tập điểm phù
hợp với ảnh thật về vị trí (không gian) và độ sáng (mức xám). Khoảng cách giữa các
điểm ảnh đó được thiết lập sao cho mắt người không phân biệt được ranh giới giữa
chúng.
Mỗi một điểm như vậy gọi là điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt là
Pixel. Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa độ (x,y).

5


Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc
màu nhất định. Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh được chọn thích hợp
sao cho mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của
ảnh số gần như ảnh thật. Mỗi phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh.
 Mức xám (Gray level): Đó là kết quả của việc mã hóa, cho tương ứng
một
cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số, có thể là 16, 32, 64 mức, mã
hóa 256 mức là phổ dụng nhất.
 Nắm chỉnh biến dạng
Ảnh thu nhận thường bị biến dạng do các thiết bị quang học và điện tử.
P’i

Pi

f( i)
P

Ảnh thu nhận

Ảnh mong muốn

Hình 1.3. Ảnh thu nhận và ảnh mong muốn [1]
Để khắc phục người ta sử dụng các phép chiếu, các phép chiếu thường được
xây dựng trên tập các điểm điều khiển.
 Khử nhiễu
Có 2 loại nhiễu cơ bản trong quá trình thu nhận ảnh [1].
- Nhiễu hệ thống: Là nhiễu có quy luật có thể khử bằng các phép

biến đổi.
- Nhiễu ngẫu nhiên: Vết bẩn không rõ nguyên nhân

khắc phục bằng các

phép lọc.
 Phân tích ảnh
Là khâu quan trọng trong quá trình xử lý ảnh để tiến tới hiểu ảnh. Trong
phân tích ảnh việc trích chọn đặc điểm là một bước quan trọng, các đặc điểm của
6


đối tượng được trích chọn tùy theo mục đích nhận dạng trong quá trình xử lý ảnh.
Một số đặc điểm của ảnh như: Đặc điểm không gian, đặc điểm biến đổi, đặc điểm
biên và đường biên.[1]
 Nhận dạng ảnh
Nhận dạng ảnh thường đi sau các quá trình trích chọn các đặc trưng chủ yếu
của đối tượng. Quá trình này liên quan đến các mô tả đối tượng mà người ta muốn
đặc tả nó.
Nhận dạng ảnh là một qua trình phân hoạch ảnh thành các đối tượng ảnh con,
chúng được gán vào từng lớp nhãn để đối sánh với mẫu và đối sánh theo các quy
luật biết trước nào đó.
Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương ứng với ba giai đoạn chủ
yếu sau đây:
- Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý.
- Biểu diễn dữ liệu.
- Nhận dạng, ra quyết định.
Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:
- Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trưng được trích chọn.
- Phân loại thống kê.

- Đối sánh cấu trúc.
- Phân loại dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo.

7


1.1.4. Các giai đoạn trong xử lý ảnh

Hình 1.4. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số
1.1.4.1. Thu nhận ảnh
Đây là bước đầu tiên trong quá trình xử lý ảnh. Thu ảnh số bằng bộ cảm biến
ảnh vơi khả năng số hoa tín hiệu của bộ cảm biến. Bộ thu ảnh ở đây có thể là máy
chụp ảnh đơn sắc hay màu, máy quét ảnh, … Mặc dù đây chỉ là công đoạn đầu tiên
song kết quả của nó có ảnh hưởng rất nhiều đến công đoạn kế tiếp.
1.1.4.2. Tiền xử lý
Mục đích cuả gia đoạn này nâng cao cải thiện về độ tương phản, khử nhiễu,
khử bóng, khử độ lệch, v.v… để làm cho chất lượng ảnh trở nên tốt hơn nữa, chuẩn
bị cho các bước xử lý phức tạp hơn về sau trong quá trình xử lý ảnh.
+ Khử nhiễu: Gồm nhiễu hệ thống và nhiễu ngẫu nhiên. Nhiễu hệ thống có
đặc trưng là tính tuần hoàn. Nên để có thể khử nhiễu này cần sử dụng phép biến đổi
Fourier và loại bỏ các đỉnh điểm. Đối với nhiễu ngẫu nhiên, có thể khử bằng
phương pháp nội suy, lọc trung vị và trung bình.
+ Chỉnh mức xám: Đây là kỹ thuật nhằm chỉnh sửa tính không đồng đều của
thiết bị thu nhận hoặc độ tương phản giữa các vùng ảnh.
+ Chỉnh tán xạ: Ảnh thu nhận được từ các thiết bị quang học hay điện tử có
thể bị mờ, nhoè. Phương pháp biến đổi Fourier dựa trên tích chập của ảnh với hàm
tán xạ cho phép giải quyết việc hiệu chỉnh này.
8

1.1.4.3. Phân đoạn ảnh
Phân đoạn ảnh có nghĩa là chia một ảnh đầu vào thành nhiều phần khác nhau
hay còn gọi là các đối tượng để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Đây là phần
phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác
của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này.
1.1.4.4. Hệ quyết định
Ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng
điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu. Trong nhiều khâu xử lý
và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện
lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo
cách của con người. Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các
phương pháp trí tuệ con người. Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy.
1.1.4.5. Trích chọn đặc điểm
Việc giải quyết bài toán nhận dạng trong những ứng dụng mới nảy sinh
trong cuộc sống không chỉ tạo ra những thách thức về giải thuật, mà còn đặt ra
những yêu cầu về tốc độ tính toán.
Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các đối
tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính toán cao và dung lượng nhớ lưu trữ giảm
xuống.
Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tuỳ theo mục đích nhận dạng
trong quá trình xử lý ảnh. Có thể nêu ra một số đặc điểm của ảnh sau đây:
- Đặc điểm không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ, điểm uốn.
- Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại này được trích chọn bằng việc thực hiện
lọc vùng (zonal filtering). Các bộ vùng được gọi là “mặt nạ đặc điểm” (feature
mask) thường là các khe hẹp với hình dạng khác nhau (chữ nhật, tam giác, cung
tròn v.v..)
9


- Đặc điểm biên và đường biên: Đặc trưng cho đường biên của đối tượng và do

vậy rất hữu ích trong việc trích chọn các thuộc tính bất biến được dùng khi nhận
dạng đối tượng. Các đặc điểm này có thể được trích chọn nhờ toán tử Gradient, toán
tử la bàn, toán tử Laplace, toán tử “chéo không” (zero crossing) ..
1.1.4.6. Nhận dạng
Nhận dạng ảnh là quá trình xác định nội dung ảnh. Quá trình này thường thu
được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được lọc (hoặc lưu) từ trước. Đây là
bước cuối cùng trong quá trình xử lý ảnh.
Để xử lý các quá trình trên thì cần một hệ thống xử lý ảnh bao gồm một số
thành phần cơ bản sau đây:

Hình 1.5. Các thành phần cơ bản của một hệ xử lý ảnh
Bộ xử lý tương tự thực hiện các chức năng:
- Chọn Camera thích hợp nếu có nhiều Camera.
- Chọn màn hình hiển thị tín hiệu.
- Thu nhận tín hiệu video bởi bộ số hóa. Thực hiện lấy mẫu và mã hóa.
- Tiền xử lý ảnh khi thu nhận.
10


Bộ xử lý ảnh số bao gồm nhiều bộ xử lý chuyên dụng: Xử lý lọc, trích chọn
đặc trưng, nhị phân hóa ảnh.
Máy chủ đóng vai trò điều khiển các thành phần khác.
 ộ nhớ ngoài: Lưu trữ dữ liệu ảnh cũng như các kiểu dữ liệu khác để có thể
B
chuyển giao cho các quá trình có nhu cầu.
1.2. Ảnh giả mạo và phát hiện ảnh giả mạo
1.2.1. Ảnh giả mạo
Ảnh giả mạo được xem là ảnh không có thật, việc có được ảnh là do sự ngụy
tạo bởi các chương trình xử lý ảnh hoặc quá trình thu nhận ảnh. Giả mạo ảnh nhằm
vào nhiều mục đích trong đó có việc vu cáo, tạo ra các tin giật gân, đánh lừa đối

thủ, làm sai lệch chứng cứ tội phạm v.v…
Ảnh giả mạo được chia làm hai loại:
Thứ nhất, đó là ảnh giả mạo như thật, được dàn dựng một cách có ý
đồ sau đó thu nhận ảnh và không thực hiện thao tác chỉnh sửa trực tiếp
trên ảnh thu nhận được.
Thứ hai, ảnh giả mạo được tạo ra từ việc có tác động lên ảnh nhằm
thay đổi nội dung và bản chất bức ảnh dựa trên các kỹ thuật xử lý ảnh
(cắt, dán, ghép, thêm, bớt, chỉnh sửa).
ị tiêu diệt, những bức ảnh giả về thi thể
của thủ lĩnh al-Qaeda đã nhanh chóng lan truyền trên internet. Tuy nhiên, đây
không phải lần đầu tiên cư dân mạng bị lừa vì những bức ảnh giả
- .
Bức ảnh giả về thi thể của trùm khủng bố Osama bin Laden xuất hiện trên
mạng sau khi thủ lĩnh al-Qaeda bị tiêu diệt. Thậm chí một số nghị sĩ Mỹ cũng tin
đây là ảnh thật cho tới khi biết họ bị lừa.

11


Hình 2.1. Bức anh giả mạo của Brian Walski
Ví dụ, bức ả

2.1 về chiến tranh Iraq. Năm 2003, phóng viên ảnh

chiến trường Brian Walski của tờ Los Angeles Times đã tạo ra bức ảnh giả (dưới)
bằng cách phối 2 bức ảnh nguyên bản (trên) để tăng tính gay cấn . Nhưng kỹ xảo
của phóng viên Walski, một phóng viên ảnh lâu năm và có uy tín, đã bị phát hiện
nhờ việc phát hiện ra một vài người ở nền xuất hiện hai lần trên bức .

Hình 2.2. Nghị sĩ John Kerry và nữ diễn viên Jane Fonda phát biểu

chống chiến tranh Việt Nam
12


Từ một vài dẫn chứng trên, có thể thấy việc chống ảnh giả mạo (phát hiện)
ngày càng trở nên cấp thiết nhưng cũng ngày càng khó khăn. Việc phát hiện và
chống giả mạo ảnh là một chủ đề ngày càng được quan tâm bởi các nhóm nghiên
cứu trong nước cũng như trên thế giới. Có thể kể ra đây như các nghiên cứu thuộc
đề tài cấp bộ của nhóm Vũ Đức Thi, Đỗ Năng Toàn, Viện Công nghệ thông tin, các
nhóm của Hatzinakos, nhóm của Dugelay với các nghiên cứu về thủy vân, nhóm
của Fridrich, với các nghiên cứu về nhiễu, nhóm của Shum với các nghiên cứu về
hàm đáp ứng của camera, nhóm của Tang với các nghiên cứu về phân tích hệ số
biến đổi Fourier, Farid với các nghiên cứu về thống kê trên ảnh, về phép nén ảnh
Jpeg và sự mâu thuẫn về ánh sáng trên ảnh, nhóm của Mahdian, Saic về các hàm
biến đổi trên ảnh, nhóm của Swaminathan với các nghiên cứu về đặc trưng số của
máy ảnh, nhóm của Chang với các phân tích về mâu thuẫn trên ảnh.
1.2.2. Các dạng ảnh giả mạo cơ bản
1.2.2.1. Ghép ảnh
Đây có lẽ là dạng thức làm giả ảnh số phổ biến nhất. Hình 2.3a được ghép từ
hai ảnh có cùng tỷ lệ. Rõ ràng là nếu xác nhận được đây là ảnh thật hay ảnh giả mạo
thì cũng chứng minh được mối quan hệ giữa họ. Độ tin cậy của sự giả mạo phụ
thuộc vào mức độ phù hợp các thành phần của ảnh về mặt kích thước, tư thế, màu
sắc, chất lượng và ánh sáng. Nếu có một cặp ảnh tương thích tốt, được thực hiện bởi
một chuyên gia giàu kinh nghiệm thì việc kết hợp hoàn toàn như thật.

a) Ảnh ghép từ hai ảnh riêng rẽ

b) Ảnh ghép từ hai ảnh có thay đổi tỷ lệ

Hình 2.3. Ghép ảnh từ hai ảnh riêng rẽ

13


Một ví dụ khác của dạng giả mạo này là hình 2.3b. Hình này là ảnh ghép từ
hai ảnh có sự thay đổi tỷ lệ.
1.2.2.2. Tăng cường ảnh
Đây là một lớp kỹ thuật tiến hành trên một vùng rộng, không phải là làm
tăng cường lượng thông tin vốn có mà làm nổi bật một số đặc tính của ảnh như:
thay đổi độ tương phản, lọc nhiễu, nổi biên, làm trơn biên, tăng cường độ tương
phản, điều chỉnh mức xám của ảnh. Hình 2.4 gồm một ảnh gốc (góc trên bên trái),
và 3 ví dụ về việc tăng cường ảnh. Ảnh gốc (trên trái) và ảnh được thay đổi màu sắc
(trên phải), tăng độ tương phản (dưới trái) và làm mờ nền (dưới phải). Mặc dù loại
giả mạo này không thay đổi sự xuất hiện của các đối tượng nhưng có thể gây nên
một vài hiệu ứng trong việc cảm nhận bức ảnh.

Hình 2.4. Ví dụ về tăng cường ảnh
1.2.2.3. Sao chép và dịch chuyển vùng trên ảnh
Một dạng khác thường thấy nữa của ảnh giả mạo loại 2 là việc sao chép dịch chuyển các đối tượng trong ảnh, việc này được xem như là che phủ hoặc xóa đi
đối tượng. Hình 2.5a là ảnh gốc với hai chiếc ô tô, một xe con và một xe tải. Hình
2.5b là ảnh 2.5a giả mạo với việc che phủ chiếc xe tải bởi một cành cây cũng lấy từ
14


chính trong ảnh. Trong khi hình 2.5c là ảnh gốc với chiếc trực thăng nhỏ còn hình
2.5d chính là ảnh gốc 2.5c đã được bỏ đi đối tượng là trực thăng. Trong cả hai dạng
giả mạo này đều được thực hiện từ một ảnh nên độ tương đồng về ánh sáng và bóng
là như nhau. Trong những trường hợp này bằng mắt thường rất khó xác định.

Hình 2.5. Ảnh che phủ và bỏ đi đối tượng

Hình 2.6. Ảnh bổ sung đối tượng
Hình 2.6 thể hiện một dạng khác thường thấy của giả mạo sao chép/di
chuyển, đó là việc bổ sung thêm đối tượng. Hình 2.6a là ảnh gốc chỉ có một chiếc
máy bay trực thăng, nhưng trong hình 2.6b đã được bổ sung thêm thành ba chiếc
15