Дослідження збурень кількостей послідовних тріад колірних триплетів як результату просторових модифікацій колірних складових цифрового зображення

Abstract

В роботі проводиться дослідження впливу збурних дій, спрямованих на просторову область цифрових зображень, на зміну кількості колірних триплетів в матриці унікальних кольорів цифрового зображення. В ході проведених обчислювальних експериментів встановлено, що при модифікації тільки синьої колірної матриці зображення кількість Blue-тріад (які указують на синю колірну складову зображення) в матриці унікальних кольорів цифрового зображення значно перевищує кількість Red- і Green-тріад, що при експертизі зображень дозволить однозначно встановити факт модифікації синьої колірної складової. Встановлена особливість характерна для більшості контейнерів в форматі з втратами, що пов’язано з технологіями формування і алгоритмами стиску цифрових зображень, тому, незважаючи на слабку чутливість людського ока до синього кольору, не рекомендується використовувати синю колірну складову зображення для просторових перетворень, зокрема стеганографічного перетворення. Найбільш придатними для просторових перетворень в ході експериментів виявлені зелена і червона колірні складові, оскільки їх модифікації призводять до появи меншої кількості Green- і Red-тріад (які указують на зелену і червону колірні складові зображення відповідно) і отримання порівняної кількості всіх видів тріад триплетів в матриці унікальних кольорів, що призведе до ускладнення коректної експертизи цифрового зображення з точки зору однозначного виявлення модифікованої колірної складової. Проведено обґрунтування отриманих результатів з позиції сприймання кольору людським оком, яке покладено в основу формування кольорів цифровими камерами, та особливості стиску зображень стандартом JPEG. Наведені критерії для визначення колірної складової цифрового зображення, яка забезпечує менші збурення у кількості послідовних тріад в матриці кольорів, і основні кроки визначення для конкретного зображення найбільш і найменш придатних для стеганографічного перетворення колірних складових з точки зору змін колірних триплетів в матриці унікальних кольорів.

В работе проводится исследование влияния возмущающих воздействий, направленных на пространственную область цифровых изображений, на изменение цветовых триплетов в матрице уникальных цветов цифрового изображения. В ходе проведенных вычислительных экспериментов установлено, что при модификации только синей цветовой матрицы изображения количество Blue-триад (которые указывают на синюю цветовую составляющую изображения) в матрице уникальных цветов цифрового изображения значительно превышает количество Red- и Green-триад, что при экспертизе изображений позволит однозначно установить факт модификации синей цветовой составляющей. Установленная особенность характерна для большинства контейнеров в формате с потерями, что связано с технологиями формирования и алгоритмами сжатия цифровых изображений, поэтому, несмотря на слабую чувствительность человеческого глаза к синему цвету, не рекомендуется использовать синюю цветовую составляющую изображения для пространственных преобразований, в частности стеганографического преобразования. Наиболее пригодными для пространственных преобразований в ходе экспериментов выявлены зеленая и красная цветовые составляющие, поскольку их модификации приводят к появлению меньшего количества Green- и Red-триад (которые указывают на зеленую и красную цветовые составляющие изображения соответственно) и получения сопоставимого количества всех видов триад триплетов в матрице уникальных цветов, что приведет к усложнению корректной экспертизы цифрового изображения с точки зрения однозначного выявления модифицированной цветовой составляющей. Проведено обоснование полученных результатов с позиции восприятия цвета человеческим глазом, которое положено в основу формирования цветов цифровыми камерами, и особенности сжатия изображений стандартом JPEG. Приведены критерии для определения цветовой составляющей цифрового изображения, обеспечивающей меньшие возмущения в количестве последовательных триад в матрице уникальных цветов, и основные шаги определения для конкретного изображения наиболее и наименее подходящих для стеганографического преобразования цветовых составляющих с точки зрения изменений цветовых триплетов в матрице уникальных цветов.

In this paper we study the effect of perturbing influences aimed at the spatial domain of digital images on the change of color triplets in the matrix of unique colors of a digital image. In the course of computational experiments established that the modification of only blue color matrix of the image, the quantity of Blue-triads (which indicate the blue color component of the image) in the matrix of unique colors of the digital image significantly exceeds the quantity of Red- and Green-triads that will allow for the examination of images clearly establish the fact of modifying the blue color component. The identified feature is typical for most containers in a lossy format which is associated with the digital image’s formation technologies and compression algorithms therefore despite the low sensitivity of the human eye to blue color it is not recommended to use the blue color component for spatial transformations of the image, in particular, for steganographic transformations. During the experiments the most suitable for spatial transformations green and red color components revealed, since their modifications lead to the appearance of a smaller quantity of Green- and Red-triads (which indicate the green and red color components of the image, respectively) and to obtain a comparable quantity of all types of triads of triplets in a matrix of unique colors which will complicate the correct examination of a digital image from the point of view of unambiguously identifying a modified color component. The obtained results are substantiated from the standpoint of color perception by the human eye, which underlies the formation of colors by digital cameras, and the image compression features of the JPEG standard. Criteria for determining the color component of a digital image providing less disturbance in the quantity of sequential triads in a matrix of unique colors and the basic steps for determining for a particular image the most and least suitable for steganographic transformation color components in terms of changes in color triplets in a matrix of unique colors are given.