Дослідження ефективності алгоритмів оброблення зображень у схемах нульового водяного знака
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2025.1.102Ключові слова:
зображення; нульовий водяний знак; алгоритм; автентифікаціяАнотація
Предметом дослідження є алгоритми перетворення цифрових зображень, що використовуються в нульових водяних знаках у процесі побудови алгоритмів автентифікації. Мета роботи – визначення ефективних алгоритмів перетворення цифрових зображень для застосування в нульових водяних знаках. У статті необхідно розв’язати такі завдання: дослідити спектр наявних алгоритмів перетворення цифрових зображень; висунути неформальні вимоги до алгоритмів перетворення цифрових зображень з метою їх використання в алгоритмах нульових водяних знаків у процесі побудови схем автентифікації; висунути припущення щодо можливості застосування кожного з розглянутих алгоритмів перетворення цифрових зображень. Для виконання окреслених завдань упроваджено такі методи: моделювання – здійснення програмної реалізації кожного з досліджуваних алгоритмів; емпіричні методи – використання алгоритмів і спостереження за результатами перетворень; математичні методи – обчислення показників нормальної кореляції та пікового значення сигнал / шум. Досягнуті результати: проаналізовано набір алгоритмів, що можуть бути потенційно придатні для використання в нульових водяних знаках у побудові алгоритмів автентифікації; сформовано методику перевірки алгоритмів, зважаючи на зменшення розмірності зображень унаслідок їх стискання; висунуто вимоги до алгоритмів оброблення цифрових зображень для їх використання в нульових водяних знаках під час побудови алгоритмів автентифікації. Висновки. У процесі дослідження потенційних алгоритмів перетворення цифрових зображень для використання нульових водяних знаків у побудові алгоритмів автентифікації виявлено найбільш вдалі алгоритми: DWT, SVD, DCT, K-means. Для зображень низької розмірності ймовірне застосування DCT. Найкращими поєднаннями запропонованих алгоритмів є комбінації: DWT + DCT, DWT + K-means. Поєднання цих алгоритмів може забезпечити оптимальну стійкість до шумів та чутливість, щоб розрізняти схожі зображення. Майбутні схеми автентифікації, основані на зазначених алгоритмах, корисні (якщо поєднати з IoT-пристроями), зокрема для автентифікації користувачів на підприємствах і в організаціях.
Посилання
Список літератури
Tang Z., Dai Y., Zhang X. Perceptual Hashing for Color Images Using Invariant Moments. Applied Mathematics & Information Sciences. 2012. Vol. 6, No. 2S. P. 643S–650S. URL: https://surl.li/tvhbjz
Поддубний В. О., Сєвєрінов О. В., Гвоздьов Р. Ю. Використання нульових водяних знаків для підтвердження авторства зображень та багатофакторної автентифікації. Радіотехніка. 2024. Вип. 218. С. 35–43. DOI: https://doi.org/10.30837/rt.2024.3.218.02
Jalil Z., Mirza A. M., Sabir M. Content based Zero-Watermarking Algorithm for Authentication of Text Documents. International Journal of Computer Science and Information Security. 2010. Vol. 7, No. 2. DOI:10.48550/arXiv.1003.1796
Rani A., Bhullar A. K., Dangwal D., Kumar S. A Zero-Watermarking Scheme using Discrete Wavelet Transform. Procedia Computer Science. 2015. Vol. 70. P. 603–609. ISSN 1877-0509. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2015.10.046
Zhou Y., Jin W. A novel image zero-watermarking scheme based on DWT-SVD. Proceedings of the 2011 International Conference on Multimedia Technology. Hangzhou, China, 2011. P. 2873–2876. DOI: 10.1109/ICMT.2011.6002066
Liu X., Lou J., Wang Y., Du J., Zou B., Chen Y. Discriminative and robust zero-watermarking scheme based on completed local binary pattern for authentication and copyright identification of medical images, Proceedings of the SPIE, 2018, Volume 10579. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2292852
Xiang R., Liu G., Li K., Liu J., Zhang Z., Dang M. Zero-watermark scheme for medical image protection based on style feature and ResNet. Biomedical Signal Processing and Control. 2023. Vol. 86, Part A. Article 105127. ISSN 1746-8094. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bspc.2023.105127
Li F., Wang Z. A Zero-Watermarking Algorithm Based on Vortex-like Texture Feature Descriptors. Electronics. 2024. Vol. 13. Article 3906. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics13193906
Yuan Z., Yang B., Zhao W., Liu Y. A Robust Zero Watermarking Algorithm based on NSCT DCT. Advances in Engineering Research. 2017. Vol. 61. DOI:10.1155/2021/4944797
Rajkumar M., Babu G. Zero Watermarking and Data Authentication. Big Data Innovation for Sustainable Cognitive Computing. May 2024. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-54696-9_6
Roček A., Javorník M., Slavíček K. et al. Zero Watermarking: Critical Analysis of Its Role in Current Medical Imaging. Journal of Digital Imaging. 2021. Vol. 34. P. 204–211. DOI:10.1007/s10278-020-00396-0
Poddubnyi V., Gvozdov R., Sievierinov O., Sukhoteplyi V., Bulba S., Lysytsia D. A Zero-Watermarking Algorithm for Use in RGB and Monochrome Images. 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). P. 1–5. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61434.2024.10878081
Nadipally M. Optimization of Methods for Image-Texture Segmentation Using Ant Colony Optimization. Intelligent Data-Centric Systems: Intelligent Data Analysis for Biomedical Applications. Academic Press, 2019. Ch. 2. P. 21–47. DOI:10.1016/B978-0-12-815553-0.00002-1
The USC-SIPI Image Database. URL: https://sipi.usc.edu/database/
Nasa Image and Video Library. URL: https://images.nasa.gov/
Accord Framework. URL: http://accord-framework.net
Emgu CV. Main Page. URL: https://www.emgu.com/
Math.NET Numerics. URL: https://numerics.mathdotnet.com/
References
Tang, Z., Dai, Y. & Zhang, X. (2012), "Perceptual hashing for color images using invariant moments", Applied Mathematics & Information Sciences, 6(2S), Р. 643S-650S. available at: https://surl.li/tvhbjz
Poddubnyi, V.O., Sievierinov, O.V., Gvozdov, R.Y. (2024), "Using zero-based watermarks to verify image authorship and multi-factor authentication" ["Vykorystannia nulovykh vodyanykh znakiv dlia pidtverdzhennia avtorstva zobrazhen ta bahatofaktornoi autentifikatsii"], Radiotekhnika, (218), Р. 35-43. DOI: https://doi.org/10.30837/rt.2024.3.218.02
Jalil, Z., Mirza, A. M., Sabir, M. (2010), "Content based Zero-Watermarking Algorithm for Authentication of Text Documents, International Journal of Computer Science and Information Security", International Journal of Computer Science and Information Security, Vol. 7, No. 2. DOI:10.48550/arXiv.1003.1796
Rani, A., Bhullar, A.K., Dangwal, D. Kumar, S. (2015), "A zero-watermarking scheme using discrete wavelet transform", Procedia Computer Science, 70, Р. 603-609. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2015.10.046
Zhou, Y. Jin, W. (2011), "A novel image zero-watermarking scheme based on DWT-SVD", 2011 International Conference on Multimedia Technology, Hangzhou, China, Р. 2873-2876. DOI: https://doi.org/10.1109/ICMT.2011.6002066
Liu, X., Lou, J., Wang, Y., Du, J., Zou, B. Chen, Y. (2018), "Discriminative and robust zero-watermarking scheme based on completed local binary pattern for authentication and copyright identification of medical images". Proceedings of the SPIE, Volume 10579, DOI: https://doi.org/10.1117/12.2292852
Xiang, R., Liu, G., Li, K., Liu, J., Zhang, Z. Dang, M. (2023), "Zero-watermark scheme for medical image protection based on style feature and ResNet", Biomedical Signal Processing and Control, 86(A), 105127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bspc.2023.105127
Li, F. Wang, Z. (2024), "A zero-watermarking algorithm based on vortex-like texture feature descriptors", Electronics, 13, 3906. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics13193906
Yuan, Z., Yang, B., Zhao, W. Liu, Y. (2017), "A robust zero watermarking algorithm based on NSCT DCT", International Conference on Mechanical, Electronic, Advances in Engineering Research, 61. DOI:10.1155/2021/4944797
Rajku, M., Babu, G. (2024), Zero Watermarking and Data Authentication", Big Data Innovation for Sustainable Cognitive Computing, May, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-54696-9_6
Roček, A., Javorník, M., Slavíček, K. (2021), "Zero watermarking: Critical analysis of its role in current medical imaging", Journal of Digital Imaging, 34, Р. 204–211. DOI:10.1007/s10278-020-00396-0
Poddubnyi, V., Gvozdov, R., Sievierinov, O., Sukhoteplyi, V., Bulba, S. Lysytsia, D. (2024), "A zero-watermarking algorithm for use in RGB and monochrome images", 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Р. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61434.2024.10878081
Nadipally, M. (2019), "Optimization of methods for image-texture segmentation using ant colony optimization", Intelligent Data-Centric Systems: Intelligent Data Analysis for Biomedical Applications, Academic Press, Р. 21-47. DOI:10.1016/B978-0-12-815553-0.00002-1
"The USC-SIPI Image Database". available at: https://sipi.usc.edu/database/
"NASA Image and Video Library". available at: https://images.nasa.gov/
"Accord Framework". available at: http://accord-framework.net
"Emgu CV. Main Page". available at: https://www.emgu.com/
"Math.NET Numerics". available at: https://numerics.mathdotnet.com/
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
