Đặt vấn đề Trước nhu cầu cấp thiết về việc phát triển giải thuật giám định ảnh, rất nhiều nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây. Mặc dù những kỹ thuật công bố có thể giải quyết được một số vấn đề đặt ra nhưng đều có giới hạn riêng, giải quyết rời rạc cho các loại ảnh khác nhau [4]. Riêng đối với ảnh giả dưới hình thức Copy-Move, vấn đề đặt ra là làm thế nào để có một cái nhìn chung, tổng quát về các cách thức xử lý từ các phương pháp đã công bố, tìm ra các điểm chung nhất để từ đó có thể phát triển và xây dựng các phương pháp, thuật toán hoặc giải thuật mới nhằm cải thiện các nghiên cứu trước đây sao cho kết quả tối ưu hơn, tầm ứng dụng rộng hơn và có thể giải quyết bài toán hiệu quả hơn. Các giải thuật đưa ra phải có khả năng phát triển theo định hướng mở để khẳng định được kết quả của nghiên cứu là khả thi, hợp lý, và có đóng góp khoa học.
Cụ thể, với mục tiêu là phân tích đa phân giải xây dựng thuật toán giám định ảnh Copy-Move, Luận án phải nắm bắt được tình hình nghiên cứu hiện tại, thể hiện được vai trò cần thiết của đa phân giải trong các ảnh Copy-Move; chọn lựa phương pháp đa phân giải nào cho phù hợp; tận dụng được những điểm mạnh của đa phân giải vào việc xây dựng các thuật toán riêng sao cho hiệu quả. Mỗi ý tưởng đưa ra trong Luận án phải thể hiện được tính cần thiết, tính mới và kết quả thực hiện mang tính thuyết phục. Các giải thuật nghiên cứu phải được phát triển có cơ sở, có liên quan với nhau cùng đóng góp và làm rõ được sự tiếp diễn vào quá trình thực hiện nghiên cứu. Hướng giải quyết vấn đề Với những vấn đề đặt ra, Luận án trước tiên thực hiện khảo sát các nghiên cứu liên quan đến giám định ảnh cho ảnh Copy-Move trong 10 năm gần đây từ các công bố khoa học của IEEE với mục đích tìm những điểm chung của các nghiên cứu để xây dựng một sơ đồ tổng quát cho bài toán xử lý đối với ảnh Copy-Move.
Từ đó, Luận án triển khai nghiên cứu đề xuất các giải thuật nghiên cứu ban đầu, làm bước trung gian nhận định nhu cầu cần thiết của đa phân giải, và tận dụng khai thác ứng dụng đa phân giải để xây dựng giải thuật giám định cho các ảnh Copy-Move, đáp ứng mục tiêu Luận án đã đặt ra. 22 Đa phân giải được đề xuất dựa trên đặc điểm phân tích nhận biết vùng giả mạo ở mức phân giải khác nhằm cải tiến thời gian xử lý. Tuy nhiên, khi thay đổi mức đa phân giải, việc trích đặc tính cần được sử dụng thật hiệu quả, và Zernikie Moments được chọn là ứng viên phù hợp khi kết hợp với đa phân giải để tìm ra các vùng có đặc tính giống nhau. Luận án cũng hướng đến xây dựng phương pháp trích đặc tính nhằm cải thiện độ chính xác khi sử dụng ZMs với các thông số được cải tiến.
Đối với các bài toán giám định ảnh, độ chính xác và thời gian xử lý luôn được quan tâm. Luận án xây dựng một mô hình trong đó phân loại nhu cầu và đề xuất giải thuật xử lý tương ứng. Đối với tập ảnh lớn, việc xác thực ảnh nào có giả mạo và ảnh nào không để lọc bớt dữ liệu xử lý cho các ứng dụng tiếp theo thì thời gian tính toán sẽ được ưu tiên xét đến. Đối với những ảnh nghi ngờ có giả mạo thì việc xác định giả mạo và đánh giá độ chính xác sẽ là thông số ưu tiên hơn.
Tuy nhiên, làm thế nào để có thể cân bằng được thời gian tính toán trong trường hợp này cũng là vấn đề Luận án phải giải quyết. Giải thuật không chỉ phát hiện được có giả mạo hay không mà có thể phân biệt được vùng giả mạo và vùng gốc. Đây là nhiệm vụ kết hợp của một số vấn đề tồn tại riêng lẻ trong nhóm giải thuật giám định ảnh Copy-Move dựa vào khối ảnh. Vì hướng nghiên cứu đề xuất dựa trên nhóm xác thực từ các khối ảnh, nên giả thiết của bài toán cũng được sử dụng như những giả thiết trong các công bố đã được nghiên cứu trước đây, trong đó thao tác cắt dán có xét đến dịch chuyển và xoay, không xét đến thay đổi tỉ lệ của vùng sao chép.
Luận án đề xuất hướng giải quyết tương ứng cho từng mục tiêu con khi phát triển giải thuật kết hợp đa phân giải và so sánh đặc tính như sau: Xác định ảnh nào giả trong tập ảnh lớn: tính toán độ sắc (sharpness estimation) của các cạnh dựa vào các dải con chứa các thành phần tần số cao sau khi biến đổi wavelets mức 1 để xác định vị trí cắt dán với nguyên tắc tìm các cạnh có độ sắc cao. Đây là bởi vì tại những vị trí cắt dán, vùng cạnh sẽ có độ sắc lớn hơn hẳn các vị trí cạnh thực sự của ảnh. 23 Ưu tiên về thời gian tính toán: Đối với trường hợp ảnh có bố cục đồng nhất, phần nền sẽ được lọc đi, và khi đó việc tìm kiếm đặc tính sẽ được giảm bớt thông tin dư thừa, cải tiến được thời gian tính toán. Cân bằng thời gian tính toán và độ chính xác: dựa vào sử dụng biến đổi wavelets DWT mức 1 với vai trò đa phân giải để giảm kích thước ảnh.
Zernike moments với đặc tính bất biến góc xoay từ các thông số cải tiến nhằm nâng cao độ chính xác sẽ được sử dụng để trích các điểm đặc trưng trên các khối ảnh từ dải xấp xỉ. Có thể kết hợp các thành phần xấp xỉ và chi tiết để phát triển giải thuật cho những yêu cầu khác nhau. Các thuật toán nghiên cứu đa dạng, hiện thực các ý tưởng khả thi để phát hiện ảnh giả mạo. Đối với trích đặc tính hướng tới phát hiện các vùng giống nhau, các phương pháp được sử dụng gồm có Zernike moments truyền thống, Zernike moments có các thông số cải tiến MZMs (Modified Zernike Moments) hoặc sử dụng phương pháp trích đặc tính từ các khác biệt chuyển động RDM (Run Difference Method).
Mỗi phương pháp trích đặc tính có những ưu điểm riêng và được kết hợp với đa phân giải bằng biến đổi DWT theo những cách khác nhau để xây dựng các thuật toán hiệu quả. Bên cạnh đó, việc triển khai hệ thống nhúng hiện thực cho một giải thuật giám định ảnh được nghiên cứu như một kết quả cho khả năng ứng dụng của thuật toán đưa ra. Những đóng góp của Luận án Với hướng tiếp cận phù hợp, bám sát các vấn đề và mục tiêu đặt ra, Luận án đã đề xuất các thuật toán phát hiện ảnh Copy-Move đa dạng và có những đóng góp nhất định cho lĩnh vực nghiên cứu về giám định ảnh. Các nghiên cứu được thực hiện xuyên suốt, liên tục, kết nối từ các ý tưởng đầu tiên và phát triển hợp lý nhằm hướng tới mục tiêu của Luận án.
Mỗi kết quả nghiên cứu đều được khẳng định tính khoa học thông qua các khả năng ứng dụng cụ thể được đưa ra, và được kiểm chứng dưới hình thức các công bố tại các hội nghị, tạp chí uy tín có phản biện. Cụ thể, Luận án đưa ra 06 thuật toán cho ảnh Copy-Move, được chia thành hai nhóm giải thuật: + Nhóm các giải thuật cơ sở: gồm 02 giải thuật là những nghiên cứu ban đầu, chưa sử dụng đến đa phân giải. Giải thuật thứ nhất tách nền dựa trên phân tích 24 histogram, được ứng dụng cho các ảnh Copy-Move có bố cục khá đồng nhất và trong trường hợp nếu có một tập ảnh rất lớn và cần xác định có ảnh Copy-Move với thời gian xử lý nhanh. Tuy nhiên, giải thuật chỉ đạt độ chính xác tương đối khi sử dụng cho các ảnh Copy-Move có bố cục bất kỳ, và trên đó đối tượng sao chép không xét đến thao tác xoay.
Từ hạn chế này, giải thuật thứ hai xác định vùng sao chép dựa vào Zernike moments với sai số hình học và sai số số học được cải tiến (Modified Zernike Moments - MZMs), đã đạt được độ chính xác cao cho bài toán Copy-Move trong cả trường hợp có thao tác xoay trên đối tượng do số lượng pixels được ánh xạ vào vòng tròn đơn vị để trích đặc tính được cực đại hóa. Khi sử dụng các MZMs, thời gian trích đặc tính sẽ tăng lên, từ đó đa phân giải được đề xuất như một ứng viên để có thể cải tiến thời gian xử lý. Khi đó, việc kết hợp đa phân giải với ZMs và các MZMs sẽ cân bằng được độ chính xác và thời gian xử lý. Các nội dung nghiên cứu cho nhóm giải thuật cơ sở đã được công bố và báo cáo tại 02 Hội nghị Khoa học Quốc tế và 01 Tạp chí Khoa học Quốc tế có phản biện, và 01 chương sách của Springer.
+ Nhóm các giải thuật trọng tâm: gồm 04 giải thuật, được phát triển và cải thiện từ những hạn chế của nhau. Khi đa phân giải được đề xuất là ứng viên cho giám định ảnh, giải thuật đầu tiên được đưa ra sử đưa ra sử dụng cả wavelets và curvelets kết hợp với ZMs. Giải thuật đã thực hiện phân tích, đánh giá so sánh và đề xuất wavelets Haar là ứng viên đa phân giải nổi bật hơn curvelets cho bài toán giám định ảnh Copy-Move. Từ đó, phát triển giải thuật trọng tâm 2 sử dụng MZMs trên thành phần LL1 để cải thiện độ chính xác.
Việc tận dụng các thành phần LH1, HL1 và HH1 kết hợp với LL1 được đề xuất trong giải thuật tiếp theo nhằm cải tiến hơn độ chính xác và cân bằng được thời gian xử lý. Một nghiên cứu không chỉ cho ảnh Copy-Move mà còn cho cả ảnh Splicing cũng đã được thực hiện, trong đó xác định một ảnh bất kỳ trước tiên có giả mạo hay không, sau đó sẽ xác định thao tác giả mạo và vùng giả mạo. Các kết quả nghiên cứu của nhóm giải thuật này đã được công bố trên 02 Tạp chí Scopus và ESCI, 02 Tạp chí thuộc danh mục tính điểm của Hội đồng chức danh GS nhà nước và báo cáo tại 05 Hội nghị khoa học quốc tế uy tín. Ngoài những đóng góp dưới dạng khả năng ứng dụng, Luận án cũng đóng góp vào các đề tài nghiên cứu khoa học (cấp Đại học Quốc gia và cấp cơ sở) đã được nghiệm thu.
25 Các nghiên cứu công bố trên Tạp chí Khoa học: 1. Thuong Le-Tien, Tu Huynh-Kha, An Tran-Hong, Long Pham-Cong-Hoan, Nilanjan Dey, Marie Luong, “Combined Zernike Moment and Multiscale Analysis for Tamper Detection in Digital Images”, Informatica (An International Journal of Computing and Informatics), Vol.1, March 2017, ISSN: 0350-5596, indexed by Thomson Reuters (ESCI) and Scopus.
