Analysis and modification of the algorithm for the blur detection in a digital image

Abstract

The use of the digital images in modern society is very common, making it difficult to name an industry where digital images are not used. However, in certain situations, the digital images may be direct or indirect digital evidence, such as in court cases. Tampering or violating the integrity of the digital images is one of the important issues in the information protection. The issue of the digital signal authentication by cybersecurity experts is a pressing issue in the present days. Therefore, the development of methods and algorithms for detecting the integrity of digital signals in general, and digital images in particular, is a very crucial task. Among all the possible variations in the integrity violation of digital images can be distinguished a separate group, in which the digital images are processed by various filters editors, such as blurring, sharpening, etc. The blurring is often applied to images not only when they are tampered, but also as a steganographic attack. Blur detection indicates the inability to use a digital image as the evidence of anything. One of the most effective blur detection methods known from the open sources is a method based on the analysis of singular values of blocks of a digital image matrix. The aim of this paper is to increase the efficiency of the blur detection in a digital image by modifying an algorithm based on the analysis of singular values. Computational experiments are performed to determine the number of parameters to be verified. The results obtained allow modifying the algorithm of the method of the blur detection in a digital image. The modification makes it possible to detect tampered access to a digital image. The modified algorithm is no less effective than the original algorithm, and allows analyzing fewer parameters in a shorter time. The computational complexity of the algorithm is determined by the second order polynomial that is acceptable in terms of the practical application.

Використання цифрових зображень в сучасному суспільстві настільки поширене, що важко назвати галузь, де б їх не застосовували. Однак у певних ситуаціях цифрові зображення можуть бути прямими або непрямими цифровими доказами, наприклад, у судових справах. Підробка або порушення цілісності цифрових зображень – одна з важливих проблем захисту інформації. Перед фахівцями з кібербезпеки сьогодні гостро стоїть питання перевірки автентичності цифрових сигналів. Отже, розробка методів та алгоритмів виявлення порушень цілісності цифрових сигналів взагалі та цифрових зображень зокрема є дуже актуальною темою. Серед усіх можливих варіантів порушення цілісності цифрових зображень можна виділити окрему групу – застосування обробки різними фільтрами графічних редакторів, таких як розмиття, підвищення різкості тощо. Розмиття доволі часто застосовують до зображень не лише при їх фальсифікації, а й як стеганографічну атаку. Виявлення розмиття вказує на неможливість використання цифрового зображення в якості доказу будь-чого. Один з найефективніших методів виявлення розмиття, відомих з відкритого друку,це метод, заснований на аналізі сингулярних чисел блоків матриці цифрового зображення. Метою даної роботи є підвищення ефективності виявлення розмиття цифрового зображення шляхом модифікації алгоритму, заснованого на аналізі сингулярних чисел. В роботі проведено обчислювальні експерименти щодо встановлення кількості параметрів, що перевіряються. Отримані результати дозволяють модифікувати алгоритм методу виявлення розмиття цифрового зображення. Виконана модифікація дозволяє виявити наявність несанкціонованого доступу до цифрового зображення. Модифікований алгоритм є не менш ефективним в порівнянні з оригіналом і при цьому дозволяє аналізувати меншу кількість параметрів за коротший час. Обчислювальна складність алгоритму визначається поліномом другого степеня, що є прийнятним з точки зору його практичного застосування.

Использование цифровых изображений в современном обществе настолько распространено, что трудно назвать отрасль, где бы их не применяли. Однако в определенных ситуациях цифровые изображения могут быть прямыми или косвенными цифровыми доказательствами, например, в судебных делах. Подделка или нарушение целостности цифровых изображений - одна из важных проблем защиты информации. Перед специалистами по кибербезопасности сегодня остро стоит вопрос проверки подлинности цифровых сигналов. Таким образом, разработка методов и алгоритмов выявления нарушений целостности цифровых сигналов вообще и цифровых изображений в частности является очень актуальной темой. Среди всех возможных вариантов нарушения целостности цифровых изображений можно выделить отдельную группу - применение обработки различными фильтрами графических редакторов, таких как размытие, повышение резкости и тому подобное. Размытие довольно часто применяют к изображениям не только при их фальсификации, но и как стеганографической атаку. Выявление размытия указывает на невозможность использования цифрового изображения в качестве доказательства чего-либо. Один из самых эффективных методов выявления размытие, известных из открытого печати, это метод, основанный на анализе сингулярных чисел блоков матрицы цифрового изображения. Целью данной работы является повышение эффективности выявления размытия цифрового изображения путем модификации алгоритма, основанного на анализе сингулярных чисел. В работе проведен вычислительные эксперименты по установлению количества параметров, проверяемых. Полученные результаты позволяют модифицировать алгоритм метода выявления размытия цифрового изображения. Выполненная модификация позволяет выявить наличие несанкционированного доступа к цифрового изображения. Модифицированный алгоритм не менее эффективным по сравнению с оригиналом и при этом позволяет анализировать меньшее количество параметров за более короткое время. Вычислительная сложность алгоритма определяется полиномом второй степени, что является приемлемым с точки зрения его практического применения.