DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU
INFORMATYKI, ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI
AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE
zapraszają na
publiczą dyskusję nad rozprawą doktorską

mgr inż. Pawła Korusa
Analysis of Image Reconstruction Schemes Based on Self-Embedding and Digital Watermarking
Dyskusja odbędzie się 2 lipca 2013 roku o godz. 12:30 w sali 3.27C w pawilonie D-17,
ul. Kawiory 21, 30-059 Kraków
PROMOTOR: Prof. zw. dr hab. inż. Andrzej Dziech, Akademia Górniczo-Hutnicza
RECENZENCI: Prof. zw. dr hab. inż. Andrzej Czyżewski, Politechnika Gdańska
Prof. zw. dr hab. inż. Zdzisław Papir, Akademia Górniczo-Hutnicza
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać
w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30

Analysis of Image Reconstruction Schemes Based on Self-Embedding and Digital Watermarking

mgr inż. Paweł Korus

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrzej Dziech (AGH) Dyscyplina: Telekomunikacja

Niniejsza rozprawa dotyczy problemu rekonstrukcji oraz uwierzytelniania obrazów cyfrowych. W dobie coraz bardziej powszechnych, w znacznym stopniu zautomatyzowanych narzędzi do retuszu zdjęć, wykonanie przekonywującej modyfikacji ich treści leży w zasięgu ręki przeciętnych użytkowników. Zdjęcia cyfrowe są także obecnie coraz częściej stosowane jako materiał dowodowy. Z powyższych względów tematyka badania ich autentyczności jest obecnie nadzwyczaj aktualna. Potwierdzają to liczne publikacja naukowe, a także szereg komercyjnych produktów dysponujących wspomnianą funkcjonalnością.

Tematem przewodnim rozprawy jest zastosowanie techniki cyfrowych znaków wodnych celem umożliwienia nie tylko lokalizacji złośliwych zmian w obrazie, ale przede wszystkim rekonstrukcji pierwotnego wyglądu zmodyfikowanych fragmentów. Odbywa się to poprzez zapisanie w cyfrowym znaku wodnym informacji referencyjnej, która opisuje oryginalny wygląd obrazu. Dedykowany dekoder jest w stanie, na podstawie analizy tych informacji, przywrócić przybliżoną wersję autentycznej treści. Opisane zastosowanie cyfrowych znaków wodnych nosi nazwę samo-rekonstrukcji (ang. self-recovery lub self-embedding).

Głównym celem pracy było wykazanie analogii pomiędzy wspomnianym problemem rekonstrukcji obrazu a komunikacją przez kanał z wymazywaniem, oraz zaproponowanie teoretycznego modelu pozwalającego na analizę zachowania oraz osiągalnych granic poprawnej pracy algorytmów samo-rekonstrukcji. Na podstawie zaproponowanego modelu opracowano referencyjny algorytm samo-rekonstrukcji, który posłużył do eksperymentalnej weryfikacji poprawności wyników teoretycznych, oraz do porównania osiągalnej efektywności proponowanego podejścia z alternatywnymi sposobami opisanymi w literaturze światowej.

W pracy sformułowano następującą tezę:

  1. Możliwe jest modelowanie problemu rekonstrukcji treści obrazów cyfrowych jako komunikację poprzez kanał wymazujący.
  2. Uzyskany w ten sposób model pozwala na teoretyczną analizę warunków poprawnej rekonstrukcji, a także związanych z tym kompromisów.
  3. Algorytm samo-rekonstrukcji obrazów oparty na zaproponowanym modelu uzyskuje lepsze wyniki niż istniejące alternatywne rozwiązania.
  4. Wysoka jakość rekonstrukcji jest możliwa do uzyskania nawet w przypadku rozległych zmian w obrazie.

W ramach przeprowadzonych badań dokonano teoretycznej analizy problemu, oraz wyprowadzono wzory opisujące granice możliwości rekonstrukcji dla różnych konfiguracji procesu. Wprowadzono pojęcie zapotrzebowanie rekonstrukcji, które opisuje zależność pomiędzy zniszczoną powierzchnią obrazu a ilością potrzebnej informacji referencyjnej. Analiza zachowania zapotrzebowania rekonstrukcji pozwala na dokładne wyznaczenie granic możliwości poprawnego odtworzenia treści. Dotyczy to także systemów adaptacyjnych, w których jakość rekonstrukcji wybierana jest indywidualnie dla każdego z bloków obrazu. Wynikiem przeprowadzonej analizy jest także obserwacja, że wbrew powszechnie panującemu przekonaniu, wprowadzenie dodatkowych poziomów o niższej jakości nie musi prowadzić do polepszenia zdolności do odtworzenia obrazu.

Na podstawie zaproponowanego modelu, opracowano również mechanizm adaptacyjnej samo-rekonstrukcji, zdolny do gwarantowania zadanego poziomu jakości odtworzonej treści oraz zadanego poziomu odporności na zmiany obrazu. W tym celu opracowano algorytm automatycznego wyznaczania przyporządkowania poziomów jakości do bloków obrazu, którego zadaniem jest maksymalizacja jakości obrazu przy spełnieniu podanych wymagań. Ze względu na potrzebę przygotowania informacji referencyjnej o różnej jakości dla różnorodnych treści, zaproponowano także formalny sposób wyznaczania alokacji bitów strumienia referencyjnego.

Rozprawa zawiera również wyczerpującą ocena efektywności najlepszych rozwiązań opisanych w literaturze światowej. Testy przeprowadzono w tych samych warunkach testowych, dla porównywalnych konfiguracji rozważonych algorytmów. Uzyskane wyniki bezsprzecznie wskazują na korzyści wynikające z zastosowanie proponowanego podejścia. Jest to szczególnie widoczne w przypadku znaczących zmian w obrazie. Opracowany algorytm referencyjny pozwala na rekonstrukcję o wysokiej jakości (średnio 36.4 dB wg. miary PSNR) nawet gdy aż do 50% obrazu ulegnie zniszczeniu.

Dłuższa wersja autoreferatu tutaj.


Ważniejsze publikacje dokotoranta

  1. Paweł Korus, Wojciech Szmuc, and Andrzej Dziech. A scheme for censorship of sensitive image content with high-quality reconstruction ability. In Proc. of IEEE International Conference on Multimedia and Expo, Singapore, 2010. doi: 10.1109/ICME.2010.5583410
  2. Paweł Korus, Lucjan Janowski, and Piotr Romaniak. Automatic quality control of digital image content reconstruction schemes. In Proc. of IEEE International Conference on Multimedia and Expo, Barcelona, 2011. doi:10.1109/ICME.2011.6011872
  3. Paweł Korus and Andrzej Dziech. A novel approach to adaptive image authentication. In Proc. of IEEE International Conference on Image Processing, Brussels, 2011. doi: 10.1109/ICIP.2011.6116243
  4. Paweł Korus, Jarosław Białas, Piotr Olech, and Andrzej Dziech. A high-capacity annotation watermarking scheme. In Multimedia Communications, Services and Security, volume 149 of Communications in Computer and Information Science, pages 1–9. Springer Berlin Heidelberg, 2011. ISBN978-3-642-21512-4. doi: 10.1007/978-3-642-21512-4_1
  5. Paweł Korus, Jarosław Białas, and Andrzej Dziech. A new approach to high-capacity annotation watermarking based on digital fountain codes. Multimedia Tools and Applications, pages 1–19, 2012. ISSN 1380-7501. doi: 10.1007/s11042-011-0986-8
  6. Paweł Korus and Andrzej Dziech. Reconfigurable self-embedding with high quality restoration under extensive tampering. In Proc. of IEEE International Conference on Image Processing, Orlando, FL, 2012. doi:10.1109/ICIP.2012.6467329
  7. Paweł Korus and Andrzej Dziech. Efficient method for content reconstructionwith self-embedding. IEEE Transactions on Image Processing, 22(3):1134–1147, March 2013. doi: 10.1109/TIP.2012.2227769

Uzasadnienie wyróżnienia pracy

Tematyka rozprawy pana Pawła Korusa jest ważna i aktualna, ponieważ zagadnieniami związanymi z zabezpieczaniem, rekonstrukcją i transmisją obrazu wizyjnego zajmują się obecnie liczne zespoły naukowe i posiada ona konkretne, niezwykle istotne, zastosowania praktyczne. Wartość wyników rozprawy jest znaczna, szczególnie, jeśli się weźmie pod uwagę uogólnienia teoretyczne dokonane przez Autora i opracowane systemy rekonstrukcji obrazów cyfrowych, przewyższające najlepsze rozwiązania opisane w literaturze.

Ponadto, wynik analizy dorobku publikacyjnego Autora skłania do sformułowania wniosku o wyróżnienie rozprawy, ponieważ wśród jego 14 współautorskich publikacji znajdują się dwie publikacje w wysokiej rangi czasopismach z listy JCR, których pan P. Korus jest pierwszym autorem, w tym artykuł w czołowym czasopiśmie dziedzinowym „IEEE Transactions on Image Processing”.

2013/pkorus/start.txt · ostatnio zmienione: 2013/06/21 13:23 przez Paweł Korus