EP2815378A1 - Procede d'insertion d'une marque numerique dans une image, et procede correspondant de detection d'une marque numerique dans une image a analyser - Google Patents

Procede d'insertion d'une marque numerique dans une image, et procede correspondant de detection d'une marque numerique dans une image a analyser

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Publication number
EP2815378A1
EP2815378A1 EP13703611.7A EP13703611A EP2815378A1 EP 2815378 A1 EP2815378 A1 EP 2815378A1 EP 13703611 A EP13703611 A EP 13703611A EP 2815378 A1 EP2815378 A1 EP 2815378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fourier
tattoo
given
coefficients
mark
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13703611.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florent AUTRUSSEAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Nantes
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Nantes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Nantes filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2815378A1 publication Critical patent/EP2815378A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06T1/0064—Geometric transfor invariant watermarking, e.g. affine transform invariant
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    • G06T2201/0601—Image watermarking whereby calibration information is embedded in the watermark, e.g. a grid, a scale, a list of transformations

Definitions

  • the field of the invention is that of digital tattooing (or "watermarking" in English).
  • This is a technique for adding copyright information or other verification messages to an image.
  • the message included in the host image usually called mark, tattoo or watermark, is a set of bits, the content of which depends on the application.
  • the mark is for example the name or an identifier of the creator, the owner, the buyer or a form of signature describing the host signal.
  • the invention relates to a technique for inserting a digital mark into an image, as well as the corresponding technique for detecting a digital mark in an image to be analyzed.
  • the invention has many applications, such as for example the insertion and detection of a mark in a still image, in color or greyscale (in particular, but not exclusively according to one of the following input formats: bmp, jpg, tif, gif, png ).
  • the images are for example text-type images (signatures in particular). However, natural images can also be used.
  • shearing ("shearing" in English), due to the scanner and the printer; color conversion to grayscale, due to scanner and printer;
  • v is an image (or image coefficient) tattooed
  • v t is the original image (or an image coefficient)
  • x is a watermark (or a watermark coefficient) inserted into the image (or the image coefficient)
  • weighting factor is a simple numerical value, sometimes dependent on the image, one speaks then of coefficient of weighting of the mark. The higher the watermark a's strength, the more likely the tattooed image will be degraded, and the greater the watermark's robustness.
  • This work introduced the concept of spectral spread tattooing. This concept comes from the theory of communication and is translated into watermarking by a spread of the watermark throughout the image (or all its transformed coefficients), this generally leads to a watermark of very low amplitude occupying all the coefficients of the picture.
  • the insertion of the watermark is additive or multiplicative, in the Fourier domain, and the watermark bits are distributed on concentric circle segments forming a ring in the medium frequencies. It is expected a weighting of the watermark (to increase the insertion force " a "); the watermark detection uses a 2D and standardized inter-correlation calculation, between the potentially marked coefficients and the watermark. The detection is said to be "blind", the detector needing only the tattooed image and the original mark.
  • This correlation calculation provides a single value (the scalar c) and the latter will be used to determine if the mark is present in the image as a function of the detection threshold.
  • This (scalar) value does not make it possible to make a decision optimal, compared to the solution proposed by the invention (which provides a correlation map in two dimensions).
  • the tattooing scientific community has the habit of seeking to modify (to tattoo) the coefficients of medium or low frequencies of the transformed domains (DCT, wavelet, Fourier).
  • the modification of the high frequency coefficients is deemed to lead to an invisible mark, but such a modification (of the high frequencies) is supposed to offer a weak resistance to the distortions (and in particular to the compression algorithms).
  • a tattoo of the low frequency coefficients (close to the center of the Fourier domain) is supposed to be very robust against any type of distortion, but also very quickly visible.
  • the detection threshold makes it possible to determine whether the image is tattooed or not: if the correlation exceeds this threshold, the image is considered tattooed, if the correlation is below the threshold, the detector will declare the image not tattooed. .
  • a tattooed image causes a correlation above the threshold, we speak of "true positive (we correctly detected the mark);
  • a tattooed image causes a correlation below the threshold, we speak of "false negative (we” missed "a mark);
  • the invention in at least one embodiment, is intended in particular to overcome these various disadvantages of the state of the art.
  • one objective is to provide an image tattooing technique (including text-like images) that is robust to print attack and re-digitization ( "Print & scan”).
  • At least one embodiment of the invention also aims to provide such a technique that is simpler to implement than the aforementioned technique of Solachidis and Pitas.
  • Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a technique allowing a better quality of tattooed images than with the aforementioned technique of Solachidis and Pitas.
  • a complementary objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a technique to ensure the invisibility (or low visibility) of the watermark, while offering good robustness.
  • Another objective of at least one embodiment of the invention is to provide such a technique for improving the detection compared to the aforementioned technique of Solachidis and Pitas.
  • a method of insertion, by an insertion device, of a digital mark in an image comprising the following steps: application of a Fourier transform to said image, for obtaining a two-dimensional Fourier spectrum, defined by Fourier coefficients at different positions of a Fourier domain comprising four quadrants each having two coordinate axes extending from the DC component; inserting said mark into said Fourier spectrum by modifying Fourier coefficients of said Fourier spectrum, as a function of tattoo coefficients included in the mark, making it possible to obtain a modified Fourier spectrum; applying an inverse Fourier transform to said modified Fourier spectrum, making it possible to obtain a tattooed image.
  • the mark comprises a set of tattoo coefficients (w ", v ) each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant of said quadrants of the Fourier domain, whose spectral coordinates u and v, measured on the along the two coordinate axes of the given quadrant and starting from the DC component, and expressed as a percentage of the U and V dimensions of the given quadrant, are such that: u> 66% xU and v> 66% xV.
  • the set of positions associated with said tattoo coefficients define a given convex pattern in the given quadrant.
  • a method of insertion, by an insertion device, of a digital mark in an image comprising the following steps:
  • said mark comprising a set of tattoo coefficients (wj each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant from said quadrants of the Fourier domain, whose spectral coordinates M and v, expressed as a percentage U and V dimensions of the given quadrant are such that: u> 66% xU and v> 66% xV, and the set of positions associated with said tattoo coefficients defining a determined convex pattern in the given quadrant.
  • wj each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant from said quadrants of the Fourier domain, whose spectral coordinates M and v, expressed as a percentage U and V dimensions of the given quadrant are such that: u> 66% xU and v> 66% xV, and the set of positions associated with said tattoo coefficients defining a determined convex pattern in the given quadrant.
  • the general principle of the invention therefore consists in choosing in a particular way, in the Fourier domain, the position of the mark (it is inserted in the high frequencies, and not in medium frequencies as in the aforementioned technique of Solachidis and Pitas ) and the shape of the mark (convex pattern, and not a crown as in the aforementioned technique of Solachidis and Pitas).
  • This particular combination of position and shape makes it possible to guarantee the invisibility (or low visibility) of the brand, while offering good robustness, in particular to a print and scan attack.
  • said convex pattern is a square or a rectangle.
  • the proposed insertion technique is faster than that of Solachidis and Pitas.
  • a mark (watermark) shaped square (or rectangle) does not bias the detection, unlike a mark modulated on a ring shape (as is the case in the technique of Solachidis and Pitas).
  • said convex pattern is a square of 2 n x 2 n positions, with n an integer greater than two.
  • said mark is inserted respecting the central symmetry of the Fourier spectrum: for each Fourier coefficient which is situated in the given quadrant and which undergoes a modification as a function of a given tattoo coefficient, a Fourier coefficient which is located in the symmetrical quadrant of the given quadrant, with respect to the center of the Fourier domain, is also modified as a function of said given tattoo coefficient.
  • said convex pattern is centered on a diagonal of the given quadrant, oriented at 45 ° with respect to the two coordinate axes for defining the spectral coordinates u and v of a position (u, v) in the given quadrant .
  • the human visual system is less sensitive to signals with an oblique (45 °) orientation in the Fourier domain.
  • y u , v is a modified Fourier coefficient, at the position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain;
  • M V is an original Fourier coefficient at the position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain
  • a is a weighting coefficient of the force of the tattoo
  • w UrV is a tattoo coefficient taking the value +1 or -1.
  • This first implementation is a semi-blind tattoo: the detector needs, in addition to the image to analyze (potentially tattooed) and the original brand (also called reference mark), the original image.
  • y u , v is a modified Fourier coefficient at the position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain;
  • M V is an original Fourier coefficient at the position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain
  • a is a weighting coefficient of the force of the tattoo
  • w u , v is a tattoo coefficient taking the value +1 or -1.
  • This second implementation is also a semi-blind tattoo.
  • y MV is a Fourier coefficient modified at the position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain
  • w u , v is a tattoo coefficient within a predetermined range.
  • This third implementation is a blind tattoo, so more advantageous: the detector needs only the image to analyze (potentially tattooed) and the original brand (also called reference mark).
  • this third implementation improves security. Indeed, it makes the mark less easily detectable in the Fourier domain.
  • the minimum and maximum values of said predetermined range are a function of the values of the real parts of the Fourier coefficients each undergoing a modification as a function of one of said tattoo coefficients.
  • the mark is inserted by modifying only the real part of each Fourier coefficient undergoing modification as a function of one of said tattoo coefficients.
  • the insertion of the mark is done only on the real part of the Fourier spectrum.
  • a method for detecting, by a detection device, a digital mark in an image to be analyzed comprising the following steps: application of a Fourier transform to the image to be analyzed, making it possible to obtain a two-dimensional Fourier spectrum, defined by Fourier coefficients at different positions of a Fourier domain comprising four quadrants each having two coordinate axes extending from the continuous component; measuring similarities between two portions of the Fourier spectrum: a reference portion and a portion to be analyzed, extracted from said Fourier spectrum of the image to be analyzed; making a decision, presence or absence of a mark in said portion to be analyzed, according to the result of the step of measuring similarities.
  • the detection device has: a reference mark comprising a set of tattoo coefficients (w uv ) each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant of said quadrants of the Fourier domain, whose coordinates spectral values u and v, measured along the two coordinate axes of the given quadrant and starting from the DC component, and expressed as a percentage of the given quadrant U and V dimensions, are such that: u> 66% xU and v> 66% xV; and the set of positions associated with the tattoo coefficients, which define a given convex pattern in the given quadrant of the Fourier domain.
  • the step of measuring similarities comprises: a step of determining said reference portion, as a function of the tattoo coefficients of said reference mark; a step of determining said portion to be analyzed (y *), of obtaining the Fourier coefficients located, in the given quadrant, at the positions associated with the tattoo coefficients of said reference mark; a step of calculating a normalized two-dimensional inter-correlation between the reference portion and the portion to be analyzed, providing a two-dimensional correlation map. A presence decision is made if at least one value of the two-dimensional correlation map is greater than a predetermined threshold.
  • This detection method is complementary to the insertion method presented above. It uses as the reference mark the mark inserted by the insertion process.
  • the main advantage of this brand which is particular in terms of position and shape in the field of Fourier, is to guarantee the invisibility (or low visibility) of the brand, while offering good robustness, including a print attack and re-scanning ("print & scan").
  • Another advantage of the proposed detection method is to allow good decision-making, since it is based on a correlation map in two dimensions (and not in one dimension as most existing detection methods).
  • the step of determining said reference portion consists in taking, for a given position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain, the tattoo coefficient (w " , v ) associated with said given position in said reference mark.
  • the step of determining said reference portion consists in taking, for a given position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain, the result of a weighting: the tattoo coefficient (w UjV ) associated with said given position,
  • a reference Fourier coefficient (x u ) situated, in the given quadrant of the Fourier domain, at said given position, said reference Fourier coefficient belonging to a two-dimensional Fourier spectrum resulting from a Fourier transform of an original image, the detection device having said reference Fourier coefficient.
  • This second implementation of the detection method applies for example when the insertion process is performed according to the third implementation mentioned above.
  • the step of calculating a normalized inter-correlation in two dimensions is carried out according to the following equation:
  • g is the portion to be analyzed
  • the inter-correlation that is used in the invention returns a 2D map and not a scalar. This not only makes it possible to evaluate a possible displacement of the correlation peak due to a geometric distortion, but also to be able to re-synchronize the image as a function of this displacement.
  • said convex pattern is a square or a rectangle.
  • said convex pattern is a square of 2 n x 2 n positions, with n an integer greater than two.
  • said convex pattern is centered on a diagonal of the given quadrant of the Fourier domain, oriented at 45 ° with respect to the coordinate axes used to define the spectral coordinates u and v of a position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain.
  • the human visual system is less sensitive to signals with an oblique (45 °) orientation in the Fourier domain.
  • a computer program product which comprises program code instructions for implementing the aforesaid method (in any one of its various embodiments), when said program is run on a computer.
  • a computer-readable and non-transitory storage medium (, storing a computer program comprising a set of instructions executable by a computer for implementing the aforesaid method ( in any one of its various embodiments).
  • a device for inserting a digital mark into an image comprising: means for applying a Fourier transform to said image, allowing obtaining a two-dimensional Fourier spectrum defined by Fourier coefficients at different positions of a Fourier domain comprising four quadrants each having two coordinate axes extending from the DC component; means for inserting said mark into said Fourier spectrum by modifying Fourier coefficients of said Fourier spectrum, as a function of tattoo coefficients included in the mark, making it possible to obtain a modified Fourier spectrum; means for applying an inverse Fourier transform to said modified Fourier spectrum, making it possible to obtain a tattooed image.
  • Said mark comprises a set of tattoo coefficients (w ", v ) each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant of said quadrants of the Fourier domain, whose spectral coordinates u and v, measured on the along the two coordinate axes of the given quadrant and starting from the DC component, and expressed as a percentage of the U and V dimensions of the given quadrant, are such that: u> 66% xU and v> 66% xV.
  • the set of positions associated with said tattoo coefficients define a given convex pattern in the given quadrant.
  • a device for detecting a digital mark in an image to be analyzed comprising: means for applying a Fourier transform to the image to be analyzed , allowing to obtain a Fourier spectrum in two dimensions, defined by Fourier coefficients at different positions of a Fourier domain comprising four quadrants each having two coordinate axes extending from the DC component; means for measuring similarities between two portions of the Fourier spectrum: a reference portion and a portion to be analyzed, extracted from said Fourier spectrum of the image to be analyzed; means for making a decision, presence or absence of a mark in said portion to be analyzed, according to the result of the step of measuring similarities.
  • the detection device has: a reference mark comprising a set of tattoo coefficients (w uv ) each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant of said quadrants of the Fourier domain, whose coordinates spectral values u and v, measured along the two coordinate axes of the given quadrant and starting from the continuous component, and expressed as a percentage of the dimensions U and V of the given quadrant, are such that: u> 66% xU and v> 66 % xV; and the set of positions associated with the tattoo coefficients, which define a given convex pattern in the given quadrant of the Fourier domain.
  • the means for measuring similarities comprise: means for determining said reference portion, as a function of the tattoo coefficients of said reference mark; means for determining said portion to be analyzed (y *), making it possible to obtain the Fourier coefficients situated, in the given quadrant, at the positions associated with the tattoo coefficients of said reference mark; means for calculating a normalized two-dimensional inter-correlation between the reference portion and the portion to be analyzed, providing a two-dimensional correlation map.
  • the means of decision are adapted to make a decision of presence if at least one value of the two-dimensional correlation map is greater than a predetermined threshold.
  • the insertion device and the detection device comprise means for implementing the steps they perform in the insertion method and the detection method, as described above, in any of its different embodiments.
  • FIG. 1 presents a flowchart of a particular embodiment of the insertion method according to the invention
  • Figure 2 illustrates an example of insertion of a mark in the Fourier domain
  • FIG. 3 presents a flowchart of a particular embodiment of the detection method according to the invention.
  • FIGS. 4A, 4B and 4C present three examples of correlation maps corresponding to three different scenarios for the same image to be analyzed (signature): search for the right watermark at the right position (FIG. 4A), search for the wrong watermark at the right one position (Figure 4B) and search for the right watermark at the wrong position (Figure 4C);
  • FIGS. 5A and 5B present two examples of correlation maps corresponding to two different scenarios starting from the same first original image (of signature): image to be analyzed tattooed and not attacked (FIG. 5A) and image to be analyzed tattooed and attacked by "printing and re-digitizing" (Figure 5B);
  • FIGS. 6A and 6B present two examples of correlation maps corresponding to two different scenarios starting from the same second original image (of signature): image to be analyzed tattooed and not attacked (FIG. 6A) and image to be analyzed tattooed and attacked by "printing and re-digitizing" as well as by rotating 180 ° (FIG. 6B);
  • Fig. 7A is a 2D representation of the Contrast Sensitivity Function (CSF, see detailed explanation below), and Fig. 7B is a 1D horizontal slice of the CSF;
  • CSF Contrast Sensitivity Function
  • FIG. 8 shows, in the left part, a 2D representation of the Contrast Sensitivity Function (CSF), in the central part, the crown-shaped watermark proposed in the aforementioned technique of Solachidis and Pitas, and in the right part an example of a watermark according to the invention;
  • CSF Contrast Sensitivity Function
  • Figure 9 shows the structure of an insertion device according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 10 shows the structure of a detection device according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 11 illustrates the two coordinate axes of each quadrant, in the case of a Fourier domain whose four quadrants have been exchanged for the DC component (0,0) to be in the center;
  • FIG. 12 illustrates the two coordinate axes of each quadrant, in the case of a Fourier domain whose four quadrants have not been exchanged for the DC component (0,0) to be in the center
  • FIG. 9 A particular embodiment of the insertion method according to the invention is now presented with reference to FIG. This insertion method is implemented by an insertion device (see below the description of FIG. 9).
  • the insertion process receives as input an original image 1 (color or greyscale) and information 2 relating to the watermark (mark) to be inserted.
  • the original image 1 is chromatic in RGB format
  • a conversion to the YcrCb format is performed, then all the tattoo treatments are performed on the luminance of the original image (component “F"), the other chromatic components (“ Cr “and” Cb ”) being unchanged.
  • the original image is achromatic (luminance component only), all tattoo treatments are done directly on the luminance.
  • the information 2 relating to the watermark to be inserted specifies in particular: the position and shape of the watermark in the Fourier domain;
  • the insertion force has watermark (optionally, if the insertion is performed with the insertion equation of one of the FMC and FMP methods discussed below).
  • the watermark to be inserted comprises a set of tattoo coefficients (denoted w u , v) each associated with a distinct determined position (u, v) of a given quadrant of a Fourier domain whose four quadrants are exchanged for the continuous component is in the center.
  • the set of positions associated with these tattoo coefficients define a given convex pattern in the given quadrant of the Fourier domain (upper right quadrant in the example of Figure 2 described below).
  • This convex pattern which defines the shape of the watermark, is preferably a square or a rectangle.
  • n an integer greater than two, and preferentially such that: 3 ⁇ n ⁇ 6 (that is, say a square of 8x8, 16x16, 32x32 or 64x64).
  • the position of the watermark in the given quadrant of the Fourier domain is such that the spectral coordinates u and v of each tattoo coefficient (denoted w ", v ), expressed as a percentage of the dimensions U and V of the given quadrant of the Fourier domain, check relationships: u> 66% xU and v> 66% xV.
  • the convex pattern is centered on a diagonal of the given quadrant of the Fourier domain, oriented at 45 ° with respect to two reference axes used to define the spectral coordinates u and v of a position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain.
  • the position of the watermark in the given quadrant of the Fourier domain is for example defined by the position of the center of the convex pattern (center of the square for example) or by the position of a particular point of the pattern (lower left corner for example).
  • the center of the convex pattern is also called the "carrier frequency" of the convex pattern (it is actually a pair of frequencies defining a point of the two-dimensional Fourier domain).
  • the key for creating the watermark is for example a digital sequence of 15 digits each coded on one byte (this sequence is based on the format of the French social security number, including the key).
  • This sequence is based on the format of the French social security number, including the key.
  • To determine the tattoo coefficients from this key one proceeds for example as follows.
  • the digital sequence is converted to 15x8 bits, with a binary ⁇ 1 (each bit taking the value +1 or -1), and then extended to the dimensions of the pattern defining the shape of the watermark.
  • the extension algorithm is for example the following (multiplication of the current value i by several values already determined):
  • Image [i] Image [i-119] * Image [i-101] * Image [i-96] * Image [i-63] * Image [i-29];
  • the extension algorithm is based on the "Tausworthe" algorithm.
  • the transformed domain chosen here is the Fourier domain.
  • the Fourier transform is defined as follows:
  • a Fourier transform is applied to the original image 1. This makes it possible to obtain a two-dimensional Fourier spectrum, defined by Fourier coefficients at different positions of the aforementioned Fourier domain (whose four quadrants are exchanged for the DC component to be in the center).
  • step 12 the watermark is inserted into the Fourier spectrum resulting from step 11. This is done by modifying the Fourier coefficients of this Fourier spectrum, as a function of the tattoo coefficients included in the watermark.
  • the result of step 12 is a modified Fourier spectrum.
  • a step 13 an inverse Fourier transform is applied to the modified Fourier spectrum. This makes it possible to obtain a tattooed image 3.
  • step 12 the watermark is inserted respecting the central symmetry of the Fourier spectrum: for each Fourier coefficient (denoted x u ) which is located in the given quadrant of the Fourier domain at a position (u, v) and which undergoes a modification as a function of a given tattoo coefficient (denoted w MV ), the Fourier coefficient which is situated at the symmetrical position in the quadrant symmetrical quadrant given with respect to the center of the Fourier domain, is also subjected to modification according to this given tattoo coefficient.
  • the symmetrical position is denoted (-u, -v) if the coordinate axes of the given quadrant are used, or (u, v) if the coordinate axes of the symmetric quadrant are used (cf description hereafter of FIGS. 11 and 12). for more detail on the notion of coordinate axes associated with each quadrant).
  • the watermark is inserted by modifying only the real part of each Fourier coefficient (denoted x u ) undergoing modification according to one of the tattoo coefficients (denoted w UjV ).
  • the insertion is for example according to one of the following three methods:
  • FMS Simple Substitutive Form
  • ⁇ y u. v is a modified Fourier coefficient (tattooed coefficient) at the position ( 11 ' v ) in the given quadrant of the Fourier domain;
  • V is an original Fourier coefficient at the ( M > v ) position in the given quadrant of the Fourier domain
  • ⁇ a is a weighting coefficient of the force of the tattoo
  • ⁇ w u, v is a tattoo coefficient taking the value +1 or -1.
  • FMP Pure Multiplicative Form
  • w u, v is a watermarking coefficient within a predetermined range whose minimum and maximum values (typically in an interval: [- 8000, ⁇ + 8000]) are a function of the values of the real parts of the Fourier coefficients each undergoing a modification according to one of the tattoo coefficients.
  • the tattoo coefficients are no longer bipolar (ie taking the value +1 or -1) but respect for example a Gaussian distribution in the aforementioned range.
  • the Simple Substitutive Form improves safety and offers a blind tattoo.
  • FMC and FMP the first two forms of insertion
  • the watermark can be visible in the Fourier spectrum, this does not generally pose a problem as a piracy of the image is not envisaged.
  • the FSS insertion makes the watermark less detectable in the Fourier domain. If the problem of security comes into play, we must consider the scenario where a hacker will attempt to remove the watermark. It is obviously wished that the tattooed image is of (very) good quality, but it is also necessary that the transformed domain does not present traces of the insertion of the watermark, otherwise, the pirate will be able to easily locate the watermark and thus will be potentially able to remove it.
  • a tattoo is said to be “blind” when the detector only needs the tattooed image and the original watermark (also referred to as “blind” detection).
  • the detector needs in addition to the original image, it is called a “non-blind” tattoo.
  • the tattoo is said to be “semi-blind”.
  • the detector needs the tattooed image, the original watermark and the original portion of the spectrum where the watermark was inserted. It is therefore a tattoo "semi-blind”. This can be binding in some cases (need to store a large amount of information for all tattooed images).
  • the method is "blind” tattoo type.
  • FIG. 2 illustrates an example of insertion of a watermark in the Fourier domain, and more specifically in the spectrum resulting from a Fourier transform applied to an original image.
  • the watermark is inserted in a given quadrant which is the upper right quadrant 21 of the Fourier domain (this given quadrant being of dimensions U and V). It is square in shape, 32x32 in size, and centered on the diagonal 22 of the given quadrant of the Fourier domain.
  • a zoom on this square of noise (if we suppose that the insertion is carried out according to the Simple Substitutive Form (FSS)) is referenced 23.
  • Each of the other points of this square thus also has spectral coordinates M and v such that: u> 66% xU and v> 66% xV.
  • the watermark is inserted respecting the central symmetry of the Fourier spectrum in order to reconstruct a real image during the Fourier Inverse transformation.
  • z + i. D at the position ( M > v ) in the given quadrant 21 of the Fourier domain corresponds to a modified Fourier coefficient (tattooed coefficient included in the square referenced 26)
  • FIG. 10 A particular embodiment of the detection method according to the invention is now presented in connection with FIG. This detection method is implemented by a detection device (see below the description of FIG. 10).
  • the detection method receives as input an image to be analyzed (potentially tattooed image) 31 (color or greyscale) and information 32a relating to a reference watermark (ie the watermark supposed to be inserted in the image to be analyzed).
  • the information 32a relating to the reference watermark in particular specify:
  • the information 32a relating to the reference watermark also specifies the insertion force a of the watermark
  • the detection method also receives as input the reference Fourier coefficients 32b, which occupy in the two-dimensional Fourier spectrum of the original image (i.e. the spectrum resulting from the Fourier transform of the original image) the same positions as those occupied in the Fourier domain by the coefficients of the reference watermark.
  • a Fourier transform is applied to the image to be analyzed 31. This makes it possible to obtain a two-dimensional Fourier spectrum, defined by FIG. Fourier coefficients at different positions of the Fourier domain (whose four quadrants are exchanged for the DC component to be in the center).
  • a similarity measurement is made between two portions of the Fourier spectrum: a reference portion and a portion to be analyzed, extracted from the Fourier spectrum of the image to be analyzed.
  • the reference portion is determined according to the tattoo coefficients of the reference watermark:
  • the reference portion is determined by taking, for a given position (u, v) in the given quadrant of the domain of Fourier, the result of a weighting of the tattoo coefficient (w ", v ) associated with this given position, by the reference Fourier coefficient (x u , v ) also located at this given position: w u, v xx u , v ;
  • the reference portion is determined by taking, for a given position (u, v) in the given quadrant of the Fourier domain, directly the tattoo coefficient (wj associated with this position given in the reference watermark (no weighting).
  • the portion to be analyzed is determined by obtaining the Fourier coefficients (of the Fourier spectrum, in two dimensions, of the image to be analyzed) situated, in the given quadrant of the Fourier domain, at the positions associated with the watermark tattoo coefficients of the watermark. reference.
  • the portion to be analyzed is the portion of the Fourier spectrum (of the image to be analyzed) that is suspected of containing the watermark. We denote there the Fourier coefficient of the portion to be analyzed which occupies the position (u, v).
  • the measurement of similarities between the reference portion and the portion to be analyzed amounts to the calculation of a standardized two-dimensional inter-correlation between the reference portion and the portion to be analyzed, providing a two-dimensional correlation map (hereinafter referred to as after 2D map).
  • This inter-correlation calculation is preferably carried out according to the following equation:
  • g is the portion to be analyzed
  • ⁇ F represents the inverse Fourier transform
  • ⁇ ( v ) is the Fourier transform of g.
  • inter-correlation which is used in the invention returns a 2D map (c (u, v)) and not a scalar. Obtaining this 2D map not only makes it possible to evaluate a possible displacement of the correlation peak due to a geometric distortion, but also to be able to re-synchronize the image as a function of this displacement.
  • a decision is made, presence or absence of a watermark in the portion to be analyzed, according to the result of step 34 similarity measurement.
  • the decision taken, referenced 36 is a presence decision if at least one value of the two-dimensional correlation map is greater than a predetermined threshold. In other words, the detection of the watermark in the image to be analyzed is successful when a peak appears in the correlation map.
  • the correlation is weak and the detector makes a decision of absence of the watermark. This is the case, for example, if the detector looks for a watermark generated with the key "132456789101112" while the image to be analyzed has actually been tattooed with a watermark generated with the key "123456789101112".
  • the detector makes a decision of absence of the watermark. This is the case, for example, if the detector is looking for a watermark centered on a position ( u, v ), while the image to be analyzed has actually been tattooed with a watermark centered on a position ( u > v ).
  • FIGS. 4A, 4B and 4C present three examples of correlation maps corresponding to three different scenarios for the same image to be analyzed (signature): search for the right watermark at the right position (FIG. 4A), search for the wrong watermark at the right one position (Figure 4B) and search for the right watermark at the wrong position ( Figure 4C).
  • FIGS. 5A and 5B present two examples of correlation maps corresponding to two different scenarios starting from the same first original image (of signature): image to be analyzed tattooed and not attacked (FIG. 5A) and image to be analyzed tattooed and attacked by "Printing and re-digitizing" ( Figure 5B).
  • FIGS. 6A and 6B present two examples of correlation maps corresponding to two different scenarios starting from the same second original image (of signature): image to be analyzed tattooed and not attacked (FIG. 6A) and image to be analyzed tattooed and attacked by "Printing and re-scanning” as well as rotating 180 ° (the printing sheet was upside down on the scanner) (Figure 6B).
  • the watermark is deliberately inserted in very high frequencies.
  • the main motivation is to guarantee the invisibility of the watermark, especially (but not exclusively) when the images considered are text images (eg signature images).
  • the text images signature, invoice, payslip, etc.
  • the text images are particularly difficult to modify without generating visible artifacts, since they are binary images or have a very low color palette, very strong contrasts and especially important uniform areas.
  • the Contrast Sensitivity Function (CSF) is used to determine the sensitivity of our visual system according to the frequency of the stimuli we perceive. It is to be applied on the Fourier spectrum.
  • FIG. 7A which is a 2D representation of this CSF
  • Figure 7 A shows the CSF in 2D, as it would be applied on a 2D Fourier spectrum of an image. It is assumed here that the center of the Fourier spectrum (center of Figure 7A) represents the low frequencies, and the further one moves away from the center, the more one moves towards the high frequencies.
  • FIG. 8 shows, in the left part, a 2D representation of the Contrast Sensitivity Function (CSF) (as in FIG.
  • CSF Contrast Sensitivity Function
  • the watermark in the central part, the watermark (referenced 83) in the form of a crown proposed in the art.
  • the watermark 83 of Solachidis and Pitas is positioned at frequencies for which our SVH is very sensitive, while the watermark 81, 82 according to an example of the invention is positioned in a frequency range for which our SVH has some poorly discriminate frequencies.
  • the watermark 81, 82 is positioned on the diagonal of the spectrum (orientation at 45 °), is positioned in a frequency range for which our SVH is less sensitive.
  • FIG. 9 shows the simplified structure of an insertion device 90 implementing the insertion method according to the invention (for example the particular embodiment described above in relation with FIG. 1).
  • This insertion device comprises a RAM 93, a processing unit 91, equipped for example with a processor, and controlled by a computer program stored in a ROM 92.
  • the code instructions of the For example, a computer program is loaded into the RAM 93 before being executed by the processor of the processing unit 91.
  • the processing unit 91 receives as input an original image 94a and information 94b relating to the watermark. insert.
  • the processor of the processing unit 91 outputs a tattooed image 95, according to the instructions of the program 92.
  • FIG. 10 shows the simplified structure of a detection device (or detector) 100 implementing the detection method according to the invention (for example the particular embodiment described above in relation to FIG. 3).
  • This detection device comprises a RAM 103, a processing unit 101, equipped for example with a processor, and controlled by a computer program stored in a ROM 102.
  • the code instructions of the program For example, a computer is loaded into the RAM 103 before being executed by the processor of the processing unit 101.
  • the processing unit 101 receives as input an image to be analyzed 104a and information 104b relating to the watermark of reference.
  • the processing unit 101 also receives, as input, reference Fourier coefficients. (see definitions and explanations above).
  • the processor of the processing unit 101 outputs a decision 105 (indicating whether a watermark is present or not in the image to be analyzed), according to the instructions of the program 102.
  • FIG. 9 illustrates only one particular way, among several possible, of carrying out the algorithm of FIG. 1 (respectively 3). Indeed, the insertion technique (respectively detection) of the invention is carried out indifferently:
  • a re-programmable computing machine a PC computer, a DSP processor or a microcontroller
  • a program comprising a sequence of instructions
  • a dedicated computing machine for example a set of logical gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module.
  • the corresponding program (that is to say the instruction sequence) can be stored in a removable storage medium (such as for example a floppy disk, a CD-ROM or a DVD-ROM) or not, this storage medium being readable partially or totally by a computer or a processor.
  • a removable storage medium such as for example a floppy disk, a CD-ROM or a DVD-ROM
  • the lower left quadrant is also modified.
  • the quadrant upper right has two coordinate axes (two half-straight lines) extending from extending from the DC component (0,0).
  • the spectral coordinates u and v of a position (u, v) in the upper right quadrant are measured along the two coordinate axes of this upper right quadrant, and starting from the continuous component (0,0). .
  • the general principle of the invention consists in choosing in a particular manner, in the Fourier domain, the position of the mark (it is inserted in the high frequencies) and the shape of the mark (convex pattern). This particular combination of position and shape makes it possible to guarantee the invisibility (or low visibility) of the brand, while offering good robustness, in particular to a print and scan attack.
  • the mark comprises a set of tattoo coefficients (w MV ) each associated with a distinct determined position (u, v ) of the given quadrant, whose spectral coordinates M and v, measured along the two coordinate axes of the given quadrant and starting from the DC component, and expressed as a percentage of the dimensions U and V of the given quadrant, are such that: > 66% xU and v> 66% xV.
  • the spectral coordinates u 4b and v 4b of a point M4b are positive values measured along the two (semi-straight) coordinate axes 111 and 112 respectively, extending from the continuous component (0,0);
  • the spectral coordinates u 3b and v 3b of a point M3b are positive values measured along the two coordinate axes (half-lines) 114 and 113 respectively, extending from the continuous component (0,0);
  • the spectral coordinates u 2b and v 2b of a point M2b are positive values measured along the two (semi-straight) coordinate axes 115 and 116 respectively, extending from the continuous component (0,0);
  • the spectral coordinates Ui b and Vi b of a point Mlb are positive values measured along the two (semi-straight) coordinate axes 118 and 117 respectively, extending from the continuous component (0,0).
  • the coordinate axes (half-lines) 111 and 118 coincide, as well as for the axes 112 and 113, 114 and 115, and 116 and 117.
  • the mark comprises a set of tattoo coefficients (w ", v ) each associated with a distinct determined position (u , v) the given quadrant, whose spectral coordinates M and v, measured along the two coordinate axes of the given quadrant and starting from the DC component, and expressed as a percentage of the given quadrant U and V dimensions, are such that: u> 66% xU and v> 66% xV.
  • the spectral coordinates u 4 and v 4 of a point M4 are positive values measured along the two coordinate axes (half-lines) 111 and 112 respectively, extending from the DC component (0,0);
  • the spectral coordinates u 3 and v 3 of a point M3 are positive values measured along the two coordinate axes (half-lines)
  • the spectral coordinates u 2 and v 2 of a point M2 are positive values measured along the two coordinate axes (half-lines)
  • the spectral coordinates Ui and Vi of a point M1 are positive values measured along the two (semi-straight) coordinate axes 118 and 117 respectively, extending from the DC component (0,0).

Abstract

Il est proposé un procédé d'insertion, par un dispositif d'insertion, d'une marque numérique dans une image, comprenant les étapes suivantes : application d'une transformée de Fourier à ladite image, délivrant un spectre de Fourier en deux dimensions; insertion de ladite marque dans ledit spectre de Fourier, délivrant un spectre de Fourier modifié; application d'une transformée de Fourier inverse audit spectre de Fourier modifié, délivrant une image tatouée. Ladite marque comprenant des coefficients de tatouage (w u,v )j associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi les quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales u et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV. L'ensemble des positions associées auxdits coefficients de tatouage définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné.

Description

Procédé d'insertion d'une marque numérique dans une image, et procédé correspondant de détection d'une marque numérique dans une image à analyser.
1. DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine de l'invention est celui du tatouage numérique (ou « watermarking » en anglais) d'image. Il s'agit d'une technique permettant d'ajouter des informations de copyright ou d'autres messages de vérification à une image. Le message inclus dans l'image hôte, généralement appelé marque, tatouage ou watermark, est un ensemble de bits, dont le contenu dépend de l'application. La marque est par exemple le nom ou un identifiant du créateur, du propriétaire, de l'acheteur ou encore une forme de signature décrivant le signal hôte.
Plus précisément, l'invention concerne une technique d'insertion d'une marque numérique dans une image, ainsi que la technique correspondante de détection d'une marque numérique dans une image à analyser.
L'invention a de nombreuses applications, telles que par exemple l'insertion et la détection d'une marque dans une image fixe, en couleur ou niveaux de gris (notamment, mais non exclusivement selon l'un des formats d'entrée suivants : bmp, jpg, tif, gif, png ...) . Les images sont par exemple des images de type texte (des signatures notamment). Cependant, des images naturelles peuvent aussi être utilisées.
2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
La robustesse aux distorsions géométriques est l'un des plus grands challenges du tatouage d'images et de vidéos.
L'attaque dite d'impression et re-numérisation (« print & scan » en anglais) est l'une des attaques les plus dévastatrices connues.
Dans une problématique de protection de droits d'auteurs, lorsqu'une image est tatouée, une marque, présentant des informations de copyright, est insérée dans l'image. Cette image, ainsi protégée, risque d'être soumise à des modifications (intentionnelles ou non-intentionnelles). Ces modifications sont appelées des "attaques" sur le document tatoué. Toute attaque peut entraîner un effacement partiel du watermark (tatouage). Plus l'attaque est virulente, plus la qualité de l'image tatouée s'en trouve dégradée, et plus grandes sont les chances que le détecteur perde le watermark. Il existe donc un besoin de proposer une technique de tatouage d'images (incluant les images de type texte) qui soit robuste à l'attaque d'impression et re-numérisation (« print & scan »).
Le fait d'imprimer et de scanner un document (une image) entraîne une multitude d'attaques :
addition de bruit, dû au scanner et à l'imprimante ;
re-dimensionnement (« Scaling » en anglais), dû au scanner et à l'imprimante ;
cisaillement (« Shearing » en anglais), dû au scanner et à l'imprimante ; conversion de couleur vers niveaux de gris , due au scanner et à l'imprimante ;
conversion de profondeur (par exemple de 255 bpp vers 2, 8, 16... bpp), due au scanner et à l'imprimante ;
conversion analogique vers numérique ;
rotation, due au scanner et à l'imprimante ;
translation (« shift » en anglais), due au scanner et à l'imprimante ;
changement de format d'image (tif/pdf/jpg/...), dû au scanner ; découpage (« cropping » en anglais), dû au scanner ;
compression, typiquement JPG ou J2K, due au scanner ;
Tout d'abord, un des articles pionniers sur l'utilisation du tatouage multiplicatif (et sa comparaison avec le tatouage additif) a été présenté dans l'article suivant : I. J. Cox, J. Kilian, T. Leighton, and T. Shamoon. Secure spread spectrum watermarking for multimédia. IEEE Transactions on Image Processing, 6(12):1673 - 1687, 1997.
Les auteurs de cet article ont principalement présenté trois équations d'insertion de watermarks :
X v,' = v,. ( l + « ) *,.
Ici, v, est une image (ou un coefficient d'image) tatouée, vt est l'image (ou un coefficient d'image) originale, x, est un watermark (ou un coefficient de watermark) inséré dans l'image (ou le coefficient d'image), et « est un facteur de pondération (souvent une simple valeur numérique, parfois dépendant de l'image, on parle alors de coefficient de pondération de la marque). Plus la force du watermark a est élevée, plus l'image tatouée risque d'être dégradée , et plus la robustesse du watermark sera importante.
La mesure de similarité utilisée dans cet article (et très souvent reprise dans les autres travaux sur le tatouage) est la suivante :
X* représentant la marque extraite, et X la marque originale.
Ces travaux ont introduit le concept de tatouage par étalement spectral. Ce concept vient de la théorie de la communication et se traduit en watermarking par un étalement du watermark dans toute l'image (ou tous ses coefficients transformés), ceci conduit en général à un watermark de très faible amplitude occupant tous les coefficients de l'image.
On connaît également l'article suivant : V. Solachidis and I. Pitas . Circularly symmetric watermark embedding in 2-d dft domain . IEEE Transactions on Image Processing, 10(11): 1741 -1753, 2001. Dans cet article :
l'insertion du watermark se fait de façon additive ou multiplicative, dans le domaine de Fourier, et les bits de watermark sont distribués sur des segments de cercle concentriques formant une couronne dans les moyennes fréquences. Il est prévu une pondération du watermark (pour augmenter la force d'insertion " a ") ; la détection du watermark utilise un calcul d' in ter-corrélation 2D et normalisée, entre les coefficients potentiellement marqués et le watermark. La détection est dite "aveugle", le détecteur n'ayant besoin que de l'image tatouée et de la marque originale.
La méthode de corrélation employée par Solachidis & Pitas est la suivante :
N N
C= ¥ W(kl, k2)M '(kl, kl) ou ** représente le watermark et M ' représente les coefficients tatoués.
Ce calcul de corrélation fournit une seule valeur (le scalaire c) et cette dernière sera utilisée pour déterminer si la marque est présente dans l'image en fonction du seuil de détection. Cette valeur (scalaire) ne permet pas de prendre une décision de manière optimale, comparée à la solution proposée par l'invention (qui fournit une carte de corrélation en deux dimensions).
Par ailleurs, la position et la forme du watermark dans le domaine de Fourier sont deux aspects cruciaux.
Concernant la position du watermark, la communauté scientifique du tatouage a pour habitude de chercher à modifier (à tatouer) les coefficients de moyennes ou basses fréquences des domaines transformés (DCT, ondelettes, Fourier). La modification des coefficients de hautes fréquences est réputée entraîner une marque invisible, mais une telle modification (des hautes fréquences) est supposée offrir une faible robustesse face aux distorsions (et notamment face aux algorithmes de compression). A l'inverse, un tatouage des coefficients basses fréquences (proche du centre du domaine de Fourier) est supposé être très robuste face à tout type de distorsions, mais aussi très rapidement visible. Pour résumer, si l'on place un watermark dans les hautes fréquences, sa force d'insertion ( a dans les équations 1 et 2) pourra être très importante sans pour autant dégrader la qualité de l'image tatouée, mais offrira une faible robustesse ; alors qu'un tatouage placé dans les basses fréquences sera beaucoup plus robuste mais devra être modulé par une force très faible, sans quoi, il sera visible. Pour ces raisons, et comme dans la plupart des méthodes de tatouage de la littérature, Solachidis et Pitas ont opté dans la technique présentée dans leur article pour un tatouage dans les moyennes fréquences.
Concernant la forme du watermark, Solachidis et Pitas proposent un watermark en forme de couronne dans le domaine de Fourier. Un inconvénient est que la corrélation entre le watermark original et le watermark extrait (watermark à tester) est biaisée par la forme en couronne. En résumé, la corrélation indique que les deux bruits "se ressemblent", mais cette ressemblance est due à la forme de la couronne. En pratique, le seuil de détection devra être augmenté pour tenir compte de ce biais. En effet, si le seuil de détection n'est pas correctement fixé, on risque d'obtenir des faux négatifs ou des faux positifs (qui sont des erreurs de détection). Pour mémoire, le seuil de détection permet de déterminer si l'image est tatouée ou pas : si la corrélation dépasse ce seuil, l'image est considérée comme tatouée, si la corrélation est inférieure au seuil, le détecteur déclarera l'image non tatouée. Plusieurs scénarios peuvent être envisagés : une image tatouée entraîne une corrélation en dessus du seuil, on parle de "vrai positif (on a correctement détecté la marque) ;
une image tatouée entraîne une corrélation en dessous du seuil, on parle de "faux négatif (on a "raté" une marque) ;
une image non tatouée entraîne une corrélation en dessous du seuil, on parle de "vrai négatif (on a pas détecté la marque car elle n'est pas présente) ;
une image non tatouée entraîne une corrélation en dessus du seuil, on parle de "faux positif (on a détecté une marque qui n'est pas présente).
3. OBJECTIFS DE L'INVENTION
L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique.
Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un objectif est de fournir une technique de tatouage d'images (incluant les images de type texte) qui soit robuste à l'attaque d'impression et re-numérisation (« print & scan »).
Au moins un mode de réalisation de l'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui soit plus simple à mettre en œuvre que la technique précitée de Solachidis et Pitas.
Un autre objectif d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une telle technique permettant une meilleure qualité d'images tatouées qu'avec la technique précitée de Solachidis et Pitas.
Un objectif complémentaire d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une telle technique permettant de garantir l'invisibilité (ou une faible visibilité) du watermark, tout en offrant une bonne robustesse.
Un autre objectif d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une telle technique permettant d'améliorer la détection par rapport à la technique précitée de Solachidis et Pitas.
4. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un procédé d'insertion, par un dispositif d'insertion, d'une marque numérique dans une image, du type comprenant les étapes suivantes : application d'une transformée de Fourier à ladite image, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions , défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ; insertion de ladite marque dans ledit spectre de Fourier par modification de coefficients de Fourier dudit spectre de Fourier, en fonction de coefficients de tatouage compris dans la marque, permettant d'obtenir un spectre de Fourier modifié ; application d'une transformée de Fourier inverse audit spectre de Fourier modifié, permettant d'obtenir une image tatouée. La marque comprend un ensemble de coefficients de tatouage (w«,v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales u et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV. L'ensemble des positions associées auxdits coefficients de tatouage définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un procédé d'insertion, par un dispositif d'insertion, d'une marque numérique dans une image, du type comprenant les étapes suivantes :
application d'une transformée de Fourier à ladite image, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions, défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier dont les quatre quadrants sont échangés pour que la composante continue soit au centre ;
insertion de ladite marque dans ledit spectre de Fourier par modification de coefficients de Fourier dudit spectre de Fourier, en fonction de coefficients de tatouage compris dans la marque, permettant d'obtenir un spectre de Fourier modifié ;
application d'une transformée de Fourier inverse audit spectre de Fourier modifié, permettant d'obtenir une image tatouée ;
ladite marque comprenant un ensemble de coefficients de tatouage (wj associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales M et v, exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV, et l'ensemble des positions associées auxdits coefficients de tatouage définissant un motif convexe déterminé dans le quadrant donné.
Le principe général de l'invention consiste donc à choisir de manière particulière, dans le domaine de Fourier, la position de la marque (elle est insérée dans les hautes fréquences, et non pas en moyennes fréquences comme dans la technique précitée de Solachidis et Pitas) et la forme de la marque (motif convexe, et non pas une couronne comme dans la technique précitée de Solachidis et Pitas). Cette combinaison particulière de position et de forme permet de garantir l'invisibilité (ou une faible visibilité) de la marque, tout en offrant une bonne robustesse, notamment à une attaque d'impression et re-numérisation (« print & scan »).
Selon une caractéristique particulière, ledit motif convexe est un carré ou un rectangle .
Ainsi, on optimise l'implémentation la technique d'insertion proposée est plus rapide que celle de Solachidis et Pitas. En outre, une marque (watermark) en forme de carré (ou de rectangle) ne biaise pas la détection, contrairement à une marque modulée sur une forme en anneau (comme c'est le cas dans la technique de Solachidis et Pitas).
Selon une caractéristique particulière, ledit motif convexe est un carré de 2n x 2n positions, avec n un entier supérieur à deux.
Ainsi, on optimise encore l'implémentation.
Selon une caractéristique particulière, 3≤ n≤ 6.
Ainsi, on optimise encore l'implémentation.
Selon une caractéristique particulière, ladite marque est insérée en respectant la symétrie centrale du spectre de Fourier : pour chaque coefficient de Fourier qui est situé dans le quadrant donné et qui subit une modification en fonction d'un coefficient de tatouage donné, un coefficient de Fourier qui est situé dans le quadrant symétrique du quadrant donné, par rapport au centre du domaine de Fourier, subit également une modification en fonction dudit coefficient de tatouage donné.
Ceci permet de reconstruire une image réelle lors de la transformation de Fourier inverse. Selon une caractéristique particulière, ledit motif convexe est centré sur une diagonale du quadrant donné, orientée à 45° par rapport aux deux axes de coordonnées servant à définir les coordonnées spectrales u et v d'une position (u, v) dans le quadrant donné.
Ainsi, on tient compte du fait que le système visuel humain (SVH) est moins sensible aux signaux ayant une orientation oblique (45°) dans le domaine de Fourier.
Dans une première mise en œuvre du procédé de détection, la marque est insérée selon l'équation d'insertion suivante : yM>v = xu,v + a x xU:V x wu,v, où :
yu,v est un coefficient de Fourier modifié, à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
M V est un coefficient de Fourier original à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
a est un coefficient de pondération de la force du tatouage ; et
wUrV est un coefficient de tatouage prenant la valeur +1 ou -1.
Cette première mise en œuvre est un tatouage semi-aveugle : le détecteur a besoin, en plus de l'image à analyser (potentiellement tatouée) et de la marque originale (aussi appelée marque de référence), de l'image originale.
Dans une deuxième mise en œuvre du procédé de détection, la marque est insérée selon l'équation d'insertion suivante : yu,v = x xuy x wu,v, où :
yu,v est un coefficient de Fourier modifié à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
M V est un coefficient de Fourier original à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
a est un coefficient de pondération de la force du tatouage ; et
wu,v est un coefficient de tatouage prenant la valeur +1 ou -1.
Cette deuxième mise en œuvre est également un tatouage semi-aveugle.
Dans une troisième mise en oeuvre du procédé de détection, la marque est insérée selon l'équation d'insertion suivante : yU V = wUrV, où :
yM V est un coefficient de Fourier modifié à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
wu,v est un coefficient de tatouage compris dans une plage prédéterminée. Cette troisième mise en œuvre est un tatouage aveugle, donc plus avantageux : le détecteur a besoin uniquement de l'image à analyser (potentiellement tatouée) et de la marque originale (aussi appelée marque de référence).
En outre, cette troisième mise en œuvre permet d'améliorer la sécurité. En effet, elle rend la marque moins facilement détectable dans le domaine de Fourier.
Selon une caractéristique particulière de la troisième mise en œuvre du procédé de détection, les valeurs minimale et maximale de ladite plage prédéterminée sont fonction des valeurs des parties réelles des coefficients de Fourier subissant chacun une modification en fonction d'un desdits coefficients de tatouage.
Ainsi, on réduit encore les traces d'insertion de la marque dans le domaine de Fourier.
Selon une caractéristique particulière, la marque est insérée en modifiant uniquement la partie réelle de chaque coefficient de Fourier subissant une modification en fonction d'un desdits coefficients de tatouage.
En d'autres termes, l'insertion de la marque se fait uniquement sur la partie réelle du spectre de Fourier.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de détection, par un dispositif de détection, d'une marque numérique dans une image à analyser, du type comprenant les étapes suivantes : application d'une transformée de Fourier à l'image à analyser, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions, défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ; mesure de similarités entre deux portions de spectre de Fourier : une portion de référence et une portion à analyser, extraite dudit spectre de Fourier de l'image à analyser ; prise d'une décision, de présence ou absence d'une marque dans ladite portion à analyser, en fonction du résultat de l'étape de mesure de similarités. Le dispositif de détection dispose de : une marque de référence comprenant un ensemble de coefficients de tatouage (wu v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales u et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné , sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV ; et l'ensemble des positions associées aux coefficients de tatouage, qui définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné du domaine de Fourier. L'étape de mesure de similarités comprend : une étape de détermination de ladite portion de référence, en fonction des coefficients de tatouage de ladite marque de référence ; une étape de détermination de ladite portion à analyser (y*), consistant à obtenir les coefficients de Fourier situés, dans le quadrant donné, aux positions associées aux coefficients de tatouage de ladite marque de référence ; une étape de calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions entre la portion de référence et la portion à analyser, fournissant une carte de corrélation en deux dimensions. Une décision de présence est prise si au moins une valeur de la carte de corrélation en deux dimensions est supérieure à un seuil prédéterminé.
Ce procédé de détection est complémentaire du procédé d'insertion présenté ci- dessus. Il utilise comme marque de référence la marque insérée par le procédé d'insertion. Pour mémoire, l'avantage principale de cette marque, qui est particulière en termes de position et de forme dans le domaine de Fourier, est de garantir l'invisibilité (ou une faible visibilité) de la marque, tout en offrant une bonne robustesse, notamment à une attaque d'impression et re-numérisation (« print & scan »).
Un autre avantage du procédé de détection proposé est de permettre une bonne prise de décision, puisque celle-ci est basée sur une carte de corrélation en deux dimensions (et non pas en une dimension comme la plupart des procédés de détection existants).
Dans une première mise en œuvre du procédé de détection, l'étape de détermination de ladite portion de référence consiste à prendre, pour une position (u, v) donnée dans le quadrant donné du domaine de Fourier, le coefficient de tatouage (w«,v) associé à ladite position donnée dans ladite marque de référence.
Cette première mise en œuvre du procédé de détection s'applique par exemple quand le procédé d'insertion est réalisé selon l'une des premières et deuxième mises en œuvre mentionnées plus haut. Dans une deuxième mise en œuvre du procédé de détection, l'étape de détermination de ladite portion de référence consiste à prendre, pour une position (u, v) donnée dans le quadrant donné du domaine de Fourier, le résultat d'une pondération : du coefficient de tatouage (wUjV) associé à ladite position donnée,
par un coefficient de Fourier de référence (xu ) situé, dans le quadrant donné du domaine de Fourier, à ladite position donnée, ledit coefficient de Fourier de référence appartenant à un spectre de Fourier en deux dimensions résultant d'une transformée de Fourier d 'une image originale, le dispositif de détection disposant dudit coefficient de Fourier de référence.
Cette deuxième mise en œuvre du procédé de détection s'applique par exemple quand le procédé d'insertion est réalisé selon la troisième mise en œuvre mentionnée plus haut.
Selon une caractéristique particulière, l'étape de calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions est effectuée selon l'équation suivante :
f+g = JF{F(v)G{v))
où :
/est la portion de référence ;
g est la portion à analyser ;
représente la transformée de Fourier inverse ;
1 est le complexe conjugué de la transformée de Fourier de / ; et G ( v ) est la transformée de Fourier de g.
Comme détaillé par la suite, une différence majeure avec la méthode de corrélation employée par Solachidis & Pitas est que Γ inter-corrélation qui est utilisée dans l'invention renvoie une carte 2D et non pas un scalaire. Ceci permet non seulement d' évaluer un éventuel déplacement du pic de corrélation dû à une distorsion géométrique , mais aussi de pouvoir re-synchroniser l'image en fonction de ce déplacement.
Selon une caractéristique particulière, ledit motif convexe est un carré ou un rectangle.
Ainsi, on optimise l'implémentation.
Selon une caractéristique particulière, ledit motif convexe est un carré de 2n x 2n positions, avec n un entier supérieur à deux. Ainsi, on optimise encore l'implémentation.
Selon une caractéristique particulière, 3≤ n≤ 6.
Ainsi, on optimise encore l'implémentation.
Selon une caractéristique particulière, ledit motif convexe est centré sur une diagonale du quadrant donné du domaine de Fourier, orientée à 45° par rapport aux axes de coordonnées servant à définir les coordonnées spectrales u et v d'une position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier.
Ainsi, on tient compte du fait que le système visuel humain (SVH) est moins sensible aux signaux ayant une orientation oblique (45°) dans le domaine de Fourier.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un produit programme d'ordinateur qui comprend des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé précité (dans l'un quelconque de ses différents modes de réalisation), lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire (, stockant un programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions exécutables par un ordinateur pour mettre en œuvre le procédé précité (dans l'un quelconque de ses différents modes de réalisation).
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un dispositif d'insertion d'une marque numérique dans une image, du type comprenant : des moyens d'application d'une transformée de Fourier à ladite image, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions , défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ; des moyens d'insertion de ladite marque dans ledit spectre de Fourier par modification de coefficients de Fourier dudit spectre de Fourier, en fonction de coefficients de tatouage compris dans la marque, permettant d'obtenir un spectre de Fourier modifié ; des moyens d'application d'une transformée de Fourier inverse audit spectre de Fourier modifié, permettant d'obtenir une image tatouée. Ladite marque comprend un ensemble de coefficients de tatouage (w«,v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales u et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV. L'ensemble des positions associées auxdits coefficients de tatouage définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un dispositif de détection d'une marque numérique dans une image à analyser, du type comprenant : des moyens d'application d'une transformée de Fourier à l'image à analyser, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions, défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ; des moyens de mesure de similarités entre deux portions de spectre de Fourier : une portion de référence et une portion à analyser, extraite dudit spectre de Fourier de l'image à analyser ; des moyens de prise d'une décision, de présence ou absence d'une marque dans ladite portion à analyser, en fonction du résultat de l'étape de mesure de similarités. Le dispositif de détection dispose de : une marque de référence comprenant un ensemble de coefficients de tatouage (wu v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales u et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV ; et l'ensemble des positions associées aux coefficients de tatouage, qui définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné du domaine de Fourier. Les moyens de mesure de similarités comprennent : des moyens de détermination de ladite portion de référence, en fonction des coefficients de tatouage de ladite marque de référence ; des moyens de détermination de ladite portion à analyser (y*), permettant d'obtenir les coefficients de Fourier situés, dans le quadrant donné, aux positions associées aux coefficients de tatouage de ladite marque de référence ; des moyens de calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions entre la portion de référence et la portion à analyser, fournissant une carte de corrélation en deux dimensions. Les moyens de décision sont adaptés pour prendre une décision de présence si au moins une valeur de la carte de corrélation en deux dimensions est supérieure à un seuil prédéterminé.
Avantageusement , le dispositif d'insertion et le dispositif de détection comprennent des moyens de mise en œuvre des étapes qu'ils effectuent dans le procédé d'insertion et le procédé de détection, tels que décrits précédemment, dans l'un quelconque de ses différents modes de réalisation.
5. LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 présente un organigramme d'un mode de réalisation particulier du procédé d'insertion selon l'invention ;
la figure 2 illustre un exemple d'insertion d'une marque dans le domaine de Fourier ;
la figure 3 présente un organigramme d'un mode de réalisation particulier du procédé de détection selon l'invention ;
les figures 4A, 4B et 4C présentent trois exemples de cartes de corrélation correspondant à trois scénarios différents pour une même image à analyser (de signature) : recherche du bon watermark à la bonne position (figure 4A), recherche du mauvais watermark à la bonne position (figure 4B) et recherche du bon watermark à la mauvaise position (figure 4C) ;
les figures 5 A et 5B présentent deux exemples de cartes de corrélation correspondant à deux scénarios différents en partant d'une même première image originale (de signature) : image à analyser tatouée et non attaquée (figure 5A) et image à analyser tatouée et attaquée par « impression et re-numérisation » (figure 5B) ;
les figures 6 A et 6B présentent deux exemples de cartes de corrélation correspondant à deux scénarios différents en partant d'une même deuxième image originale (de signature) : image à analyser tatouée et non attaquée (figure 6A) et image à analyser tatouée et attaquée par « impression et re-numérisation » ainsi que par rotation de 180° (figure 6B) ; la figure 7A est une représentation 2D de la Fonction de Sensibilité au Contraste (CSF, voir explication détaillée ci-après), et la figure 7B est une découpe horizontale 1D de la CSF ;
la figure 8 présente, dans la partie gauche, une représentation 2D de la Fonction de Sensibilité au Contraste (CSF), dans la partie centrale, le watermark en forme de couronne proposé dans la technique précitée de Solachidis et Pitas, et dans la partie droite, un exemple de watermark selon l'invention ;
la figure 9 présente la structure d'un dispositif d'insertion selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
la figure 10 présente la structure d'un dispositif de détection selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
la figure 11 illustre les deux axes de coordonnées de chaque quadrant, dans le cas d'un domaine de Fourier dont les quatre quadrants ont été échangés pour que la composante continue (0,0) soit au centre ;
la figure 12 illustre les deux axes de coordonnées de chaque quadrant, dans le cas d'un domaine de Fourier dont les quatre quadrants n'ont pas été échangés pour que la composante continue (0,0) soit au centre
6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE
On présente maintenant, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation particulier du procédé d'insertion selon l'invention. Ce procédé d'insertion est mis en œuvre par un dispositif d'insertion (voir ci-après la description de la figure 9).
On suppose que le procédé d'insertion reçoit en entrée une image originale 1 (couleur ou niveaux de gris) et des informations 2 relatives au watermark (marque) à insérer.
Si l'image originale 1 est chromatique au format RGB, une conversion vers le format YcrCb est effectuée, puis tous les traitements de tatouage sont effectués sur la luminance de l 'image originale (composante « F ») , les autres composantes chromatiques (« Cr » et « Cb ») étant inchangées. Si l'image originale est achromatique (composante de luminance uniquement), tous les traitements de tatouage sont effectués directement sur la luminance.
Les informations 2 relatives au watermark à insérer précisent notamment : la position et la forme du watermark dans le domaine de Fourier ;
une clef de création du watermark, permettant de déterminer les coefficients de tatouage compris dans le watermark ; et
la force d'insertion a du watermark (optionnellement, si l'insertion est réalisée avec l'équation d'insertion de l'une des méthodes FMC et FMP discutées ci- après).
Le watermark à insérer comprend un ensemble de coefficients de tatouage (notés wu,v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné d'un domaine de Fourier dont les quatre quadrants sont échangés pour que la composante continue soit au centre.
L'ensemble des positions associées à ces coefficients de tatouage définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné du domaine de Fourier (quadrant supérieur droit dans l'exemple de la figure 2 décrit ci-après). Ce motif convexe, qui définit la forme du watermark, est préférentiellement un carré ou un rectangle. Dans le cas d'un carré, il s'agit préférentiellement d'un carré de 2n x 2n positions, avec n un entier supérieur à deux, et préférentiellement tel que : 3≤ n≤ 6 (c'est-à-dire un carré de 8x8 , 16x16, 32x32 ou 64x64).
La position du watermark dans le quadrant donné du domaine de Fourier est telle que les coordonnées spectrales u et v de chaque coefficient de tatouage (noté w«,v), exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné du domaine de Fourier, vérifient les relations : u > 66%xU et v > 66%xV.
On notera que le watermark est positionné dans les hautes fréquences, et non pas en moyennes fréquences comme dans la technique précitée de Solachidis et Pitas. Les avantages liés à ce choix sont discutés en détail par la suite, en relation avec les figures 7A, 7B et 8.
En outre, préférentiellement, le motif convexe est centré sur une diagonale du quadrant donné du domaine de Fourier, orientée à 45° par rapport à deux axes de référence servant à définir les coordonnées spectrales u et v d'une position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier. La position du watermark dans le quadrant donné du domaine de Fourier est par exemple définie par la position du centre du motif convexe (centre du carré par exemple) ou par la position d'un point particulier du motif (coin inférieur gauche par exemple) . Par abus de langage , le centre du motif convexe est aussi appelé la « fréquence porteuse » du motif convexe (il s'agit en réalité d'un couple de fréquences définissant un point du domaine de Fourier à deux dimensions).
Dans le cas d'une insertion selon la Forme Multiplicative Classique (FMC) ou la Forme Multiplicative Pure (FMP) détaillées ci-après , la clef de création du watermark est par exemple une séquence numérique de 15 chiffres codés chacun sur un octet (cette séquence est basée sur le format du numéro de sécurité sociale français, incluant la clef). Pour déterminer les coefficients de tatouage à partir de cette clef, on procède par exemple comme suit. La séquence numérique est convertie en 15x8 bits, avec une binaire ± 1 (chaque bit prenant la valeur +1 ou - 1) , puis étendue sur les dimensions du motif définissant la forme du watermark . Pour un motif carré de 32x32 points , l'algorithme d'extension est par exemple le suivant (multiplication de la valeur courante i par plusieurs valeurs déjà déterminées) :
for (i=15*8 ; i<32*32 ; i++)
Image[i]=Image[i-119]*Image[i-101]*Image[i-96]*Image[i-63]*Image[i-29] ;
Dans une variante, l'algorithme d'extension est basé sur l'algorithme « Tausworthe ».
On décrit maintenant en détails les étapes du procédé d'insertion de la figure 1. Le domaine transformé choisi ici est le domaine de Fourier. La transformée de Fourier est définie comme suit :
et son inverse :
avec F { U , V ) je coefficient de Fourier à la position fréquentielle ( M > v ) et f i x < y ) la valeur de l'image d'entrée définie à la position spatiale (c'est-à-dire au pixel) ( x > y ) .
Dans une étape 11 , on applique une transformée de Fourier à l'image originale 1. Ceci permet d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions , défini par des coefficients de Fourier à différentes positions du domaine de Fourier précité (dont les quatre quadrants sont échangés pour que la composante continue soit au centre).
Dans une étape 12, on insère le watermark dans le spectre de Fourier résultant de l'étape 11. Ceci est effectué en modifiant les coefficients de Fourier de ce spectre de Fourier, en fonction des coefficients de tatouage compris dans le watermark. Le résultat de l'étape 12 est un spectre de Fourier modifié.
Dans une étape 13, on applique une transformée de Fourier inverse au spectre de Fourier modifié. Ceci permet d'obtenir une image tatouée 3.
Lors de l'étape 12, le watermark est inséré en respectant la symétrie centrale du spectre de Fourier : pour chaque coefficient de Fourier (noté xu ) qui est situé dans le quadrant donné du domaine de Fourier à une position (u, v) et qui subit une modification en fonction d'un coefficient de tatouage donné (noté wM V), le coefficient de Fourier qui est situé à la position symétrique dans le quadrant symétrique du quadrant donné par rapport au centre du domaine de Fourier, subit également une modification en fonction de ce coefficient de tatouage donné. La position symétrique est notée (-u, -v) si on utilise les axes de coordonnées du quadrant donné, ou (u, v) si on utilise les axes de coordonnées du quadrant symétrique (cf description ci-après des figures 11 et 12 pour plus de détail sur la notion d'axes de coordonnées associés à chaque quadrant).
En outre, le watermark est inséré en modifiant uniquement la partie réelle de chaque coefficient de Fourier (noté xu ) subissant une modification en fonction d'un des coefficients de tatouage (noté wUjV) . En d'autres termes, un coefficient de Fourier d'un spectre de Fourier est habituellement complexe, de la forme z= +i.b, et la modification de ce coefficient de Fourier lors de l'insertion (par exemple selon l'une des méthodes FMC, FMP ou FSS présentées ci-dessous) se fait uniquement sur sa partie réelle (a), la partie imaginaire (b) restant inchangée.
L'insertion est par exemple selon l'une des trois méthodes suivantes :
Forme Multiplicative Classique (FMC) ;
Forme Multiplicative Pure (FMP) ; et
Forme Substitutive Simple (FSS). Dans la Forme Multiplicative Classique (FMC), l'équation d'insertion est la suivante :
où :
^ y u. v est un coefficient de Fourier modifié (coefficient tatoué) à la position ( 11 ' v ) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
«, v est un coefficient de Fourier original à la position ( M > v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
^ a est un coefficient de pondération de la force du tatouage ;
^ wu , v est un coefficient de tatouage prenant la valeur +1 ou -1.
La Forme Multiplicative Pure (FMP) est une technique de tatouage simplifiée. C'est une simple multiplication des coefficients de Fourier de la transformée de l'image originale par les coefficients de tatouage (coefficients du watermark). L'équation d'insertion est la suivante :
où a , y , v , xu, v et w , v ont déjà été définis ci-dessus.
Dans la Forme Substitutive Simple (FSS), une portion du spectre de Fourier est tout simplement remplacée par un bruit représentant le watermark . L'équation d'insertion est la suivante :
où y u , v a déjà été défini ci-dessus,
et wu , v est un coefficient de tatouage compris dans une plage prédéterminée dont les valeurs minimale et maximale (typiquement dans un intervalle : [— 8000, ~+8000]) sont fonction des valeurs des parties réelles des coefficients de Fourier subissant chacun une modification en fonction d'un des coefficients de tatouage. Ici les coefficients de tatouage ne sont plus bipolaires (i.e. prenant la valeur +1 ou -1) mais respectent par exemple une distribution Gaussienne dans la plage précitée.
La Forme Substitutive Simple (FSS) permet d'améliorer la sécurité et de proposer un tatouage aveugle. Pour les deux premières formes d'insertion (FMC et FMP), le watermark peut être visible dans le spectre de Fourier, cela ne pose en général pas de problème tant qu'un piratage de l'image n'est pas envisagé. L'insertion de type FSS rend le watermark moins décelable dans le domaine de Fourier. Si la problématique de la sécurité rentre en jeux, nous devons envisager le scénario où un pirate (hacker) va tenter de supprimer le watermark. Il est bien évidemment souhaité que l'image tatouée soit de (très) bonne qualité, mais il faut aussi que le domaine transformé ne présente pas de traces de l'insertion du watermark, sinon, le pirate pourra aisément localiser le watermark et donc sera potentiellement à même de le supprimer.
Un tatouage est dit « aveugle » lorsque le détecteur a uniquement besoin de l'image tatouée et du watermark original (on parle également de détection « aveugle »). Lorsque le détecteur a besoin en plus de l'image originale, on parle alors de tatouage « non-aveugle ». Lorsqu'une partie de l'image originale (ou des coefficients de Fourier d'une partie de celle-ci avant insertion du watermark) est nécessaire le tatouage est dit « semi-aveugle ». Pour les méthodes d'insertion FMC et FMP, le détecteur a besoin de l'image tatouée, du watermark original et de la portion originale du spectre où le watermark a été inséré. C'est donc un tatouage « semi-aveugle ». Ceci peut être contraignant dans certains cas (nécessité de stocker une grande quantité d'informations pour toutes les images tatouées). Dans la méthode FSS, nous avons uniquement besoin de conserver le watermark original, pour l'appliquer sur l'image tatouée, la méthode est donc de type tatouage « aveugle ».
La figure 2 illustre un exemple d'insertion d'un watermark dans le domaine de Fourier, et plus précisément dans le spectre résultant d'une transformée de Fourier appliquée à une image originale.
Dans cet exemple, le watermark est inséré dans un quadrant donné qui est le quadrant supérieur droit 21 du domaine de Fourier (ce quadrant donné étant de dimensions U et V). Il est de forme carré, de taille 32x32, et centré sur la diagonale 22 du quadrant donné du domaine de Fourier. Un zoom sur ce carré de bruit (si on suppose que l'insertion est réalisée selon la Forme Substitutive Simple (FSS)) est référencé 23. Le coin inférieur gauche de ce carré possède des coordonnées spectrales u et v telles que : u = 66%xU et v = 66%xV. Chacun des autres points de ce carré possède donc également des coordonnées spectrales M et v telles que : u > 66%xU et v > 66%xV.
Par ailleurs, dans l'exemple de la figure 2, le watermark est inséré en respectant la symétrie centrale du spectre de Fourier afin de pouvoir reconstruire une image réelle lors de la transformation de Fourier Inverse. Tout point dans le quadrant donné 21 du domaine de Fourier , de coordonnées (u, v) telles que : ζ Η , ν = α + ? · ^ , doit automatiquement être représenté sous la forme z-u,-v = a ~ i - b au point (— u < ~ v ) du quadrant symétrique 25. Dans l'exemple de la figure 2, à chaque coefficient de Fourier modifié (coefficient tatoué compris dans le carré référencé 23) z + i . D à la position ( M > v) dans le quadrant donné 21 du domaine de Fourier, correspond un coefficient de Fourier modifié (coefficient tatoué compris dans le carré référencé 26)
1 ΰ à la position (-u, -v) dans le quadrant symétrique 25 du domaine de Fourier. Tous les autres coefficients de Fourier (en dehors des carrés référencés 23 et 26) restent inchangés lors de l'insertion.
On présente maintenant, en relation avec la figure 3, un mode de réalisation particulier du procédé de détection selon l'invention. Ce procédé de détection est mis en œuvre par un dispositif de détection (voir ci- après la description de la figure 10).
On suppose que le procédé de détection reçoit en entrée une image à analyser (image potentiellement tatouée) 31 (couleur ou niveaux de gris) et des informations 32a relatives à un watermark (marque) de référence (c'est-à-dire le watermark supposé être inséré dans l'image à analyser).
Si l'insertion a été réalisée avec l'équation d'insertion de la méthode FSS discutée ci-dessus , les informations 32a relatives au watermark de référence précisent notamment :
la position et la forme du watermark dans le domaine de Fourier ; et
une clef de création du watermark, permettant de déterminer les coefficients de tatouage compris dans le watermark.
Les différentes caractéristiques (notamment la position et la forme) du watermark ont déjà été discutées ci-dessus, pour le procédé d'insertion. Elles ne sont donc pas décrites à nouveau. Si l'insertion a été réalisée avec l'équation d'insertion de l'une des méthodes FMC et FMP discutées ci-dessus :
les informations 32a relatives au watermark de référence précisent en outre la force d'insertion a du watermark, et
le procédé de détection reçoit également en entrée les coefficients de Fourier de référence 32b, qui occupent dans le spectre de Fourier en deux dimensions de l'image originale (c'est-à-dire le spectre résultant de la transformée de Fourier de l'image originale) les mêmes positions que celles occupées dans le domaine de Fourier par les coefficients du watermark de référence.
On décrit maintenant en détail les étapes du procédé de détection de la figure 3. Dans une étape 33, on applique une transformée de Fourier à l'image à analyser 31. Ceci permet d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions, défini par des coefficients de Fourier à différentes positions du domaine de Fourier (dont les quatre quadrants sont échangés pour que la composante continue soit au centre).
Dans une étape 34, on effectue une mesure de similarités entre deux portions de spectre de Fourier : une portion de référence et une portion à analyser, extraite du spectre de Fourier de l'image à analyser.
La portion de référence est déterminée en fonction des coefficients de tatouage du watermark de référence :
si l'insertion a été réalisée avec l'équation d'insertion de l'une des méthodes FMC et FMP précitées, on détermine la portion de référence en prenant, pour une position (u, v) donnée dans le quadrant donné du domaine de Fourier, le résultat d'une pondération du coefficient de tatouage (w«,v) associé à cette position donnée, par le coefficient de Fourier de référence (xu,v) également situé à cette position donnée : wu,v x xu,v ;
^ si l'insertion a été réalisée avec l'équation d'insertion de la méthode FSS précitée, on détermine la portion de référence en prenant, pour une position (u, v) donnée dans le quadrant donné du domaine de Fourier, directement le coefficient de tatouage (wj associé à cette position donnée dans le watermark de référence (pas de pondération). La portion à analyser est déterminée en obtenant les coefficients de Fourier (du spectre de Fourier, en deux dimensions, de l'image à analyser) situés, dans le quadrant donné du domaine de Fourier, aux positions associées aux coefficients de tatouage du watermark de référence. La portion à analyser est la portion du spectre de Fourier (de l'image à analyser) que l'on soupçonne de contenir le watermark. On note y le coefficient de Fourier de la portion à analyser qui occupe la position (u, v).
La mesure de similarités entre la portion de référence et la portion à analyser revient au calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions entre la portion de référence et la portion à analyser, fournissant une carte de corrélation en deux dimensions (appelée ci-après carte 2D).
Ce calcul d' inter-corrélation est préférentiellement effectué selon l'équation suivante :
où :
/est la portion de référence ;
g est la portion à analyser ;
<F représente la transformée de Fourier inverse ;
^r(i/) est je compiexe conjugué de la transformée de Fourier de/ ; et
^ ( v ) est la transformée de Fourier de g.
Une différence majeure avec la méthode de corrélation employée par Solachidis & Pitas est que inter-corrélation qui est utilisée dans l'invention renvoie une carte 2D (c(u,v)) et non pas un scalaire. L'obtention de cette carte 2D permet non seulement d' évaluer un éventuel déplacement du pic de corrélation dû à une distorsion géométrique , mais aussi de pouvoir re-synchroniser l' image en fonction de ce déplacement.
Par exemple, si le pic de corrélation se trouve décalé de quelques coefficients vers la droite à partir du centre de la carte de corrélation, il suffit de recalculer la corrélation en ajustant la fréquence (u,v) vers la gauche.
De plus , lorsque l ' image a subi des distorsions géométriques, il arrive fréquemment que trois ou quatre pics de corrélation apparaissent dans la carte de corrélation 2D. Ces pics sont positionnés sur les coins d'un rectangle/carré qui grandit au fur et à mesure que la distorsion est sévère.
Dans une étape 35, on effectue une prise de décision, de présence ou absence d'un watermark dans la portion à analyser, en fonction du résultat de l'étape 34 de mesure de similarités. La décision prise, référencée 36, est une décision de présence si au moins une valeur de la carte de corrélation en deux dimensions est supérieure à un seuil prédéterminé. En d'autres termes , la détection du watermark dans l'image à analyser est fructueuse lorsqu'un pic apparaît dans la carte de corrélation.
Normalement, si ce n'est pas le bon watermark de référence qui est donné en entrée au détecteur, la corrélation est alors faible et le détecteur prend une décision d'absence du watermark. C'est le cas, par exemple, si le détecteur cherche un watermark généré avec la clef « 132456789101112 » alors que l'image à analyser a en réalité été tatouée avec un watermark généré avec la clef « 123456789101112 ».
De la même façon, si ce n'est pas la bonne position du watermark de référence qui est donnée en entrée au détecteur, la corrélation est alors faible et le détecteur prend une décision d'absence du watermark. C'est le cas, par exemple, si le détecteur cherche un watermark centré sur une position ( u . v ) , alors que l'image à analyser a en réalité été tatouée avec un watermark centré sur une position ( u > v ) .
Les figures 4A, 4B et 4C présentent trois exemples de cartes de corrélation correspondant à trois scénarios différents pour une même image à analyser (de signature) : recherche du bon watermark à la bonne position (figure 4A) , recherche du mauvais watermark à la bonne position (figure 4B) et recherche du bon watermark à la mauvaise position (figure 4C).
On voit que dans la carte de corrélation de la figure 4A, il y a un pic 41 d'amplitude égale à environ 0,94638. Cette valeur est supérieure à un seuil prédéterminé SI qui dans cet exemple est égal à 0 Le détecteur en déduit donc, de manière correcte, la présence d'un watermark.
En revanche, dans les cartes de corrélation des figures 4B et 4C, il n'y a pas de pic supérieur au seuil SI précité. Il y a seulement un bruit inférieur à 0,11047 sur la figure 4B et 0,10340 sur la figure 4C. Le détecteur en déduit donc, de manière correcte, l'absence de watermark.
Les figures 5A et 5B présentent deux exemples de cartes de corrélation correspondant à deux scénarios différents en partant d'une même première image originale (de signature) : image à analyser tatouée et non attaquée (figure 5A) et image à analyser tatouée et attaquée par « impression et re-numérisation » (figure 5B).
On voit que dans la carte de corrélation de la figure 5A, comme dans la carte de corrélation de la figure 4A (même image originale), il y a un pic 51 d'amplitude égale à environ 0,99946. Cette valeur est supérieure au seuil précité SI . Le détecteur en déduit donc, de manière correcte, la présence d'un watermark.
On voit que dans la carte de corrélation de la figure 5B, il y a également un pic 52 d'amplitude égale à environ 0,71457. Cette valeur est un peu plus faible que celle du pic 51 de la figure 5A, mais néanmoins supérieure au seuil précité SI . Le détecteur en déduit donc, de manière correcte (et malgré l'attaque par « impression et renumérisation »), la présence d'un watermark.
Les figures 6A et 6B présentent deux exemples de cartes de corrélation correspondant à deux scénarios différents en partant d'une même deuxième image originale (de signature) : image à analyser tatouée et non attaquée (figure 6A) et image à analyser tatouée et attaquée par « impression et re-numérisation » ainsi que par rotation de 180° (la feuille d'impression était placée à l'envers sur le scanner) (figure 6B).
On voit que dans la carte de corrélation de la figure 6 A, il y a un pic 61 d'amplitude égale à environ 0,99768. Cette valeur est supérieure à un second seuil prédéterminé S2 qui dans cet exemple est égal à SI (c'est-à-dire 0,2). Le détecteur en déduit donc, de manière correcte, la présence d'un watermark.
On voit que dans la carte de corrélation de la figure 6B, il y a également un pic 62 d'amplitude égale à environ 0,28465. Cette valeur est plus faible que celle du pic 61 de la figure 6A, mais néanmoins supérieure au seuil précité S 2. Le détecteur en déduit donc, de manière correcte (et malgré les attaques par « impression et re-numérisation » et rotation), la présence d'un watermark. On discute maintenant, en relation avec les figures 7 A, 7B et 8, les avantages liés au choix du positionnement dans les hautes fréquences, et non pas en moyennes fréquences comme dans la technique précitée de Solachidis et Pitas.
Dans l'invention, le watermark est volontairement inséré dans des fréquences très élevées. La principale motivation est de garantir l'invisibilité du watermark, notamment (mais non exclusivement) quand les images considérées sont des images de texte (par exemple des images de signatures). Il est à noter que les images de texte (signature, facture, bulletin de salaire, etc.) sont particulièrement difficiles à modifier sans engendrer d'artéfacts visibles, puisque ce sont des images binaires ou alors ayant une palette de couleurs très faible, de très forts contrastes et surtout des zones uniformes importantes.
La Fonction de Sensibilité au Contraste (ou CSF pour « Contrast Sensitivity Function » en anglais) permet de déterminer la sensibilité de notre système visuel en fonction de la fréquence des stimuli que nous percevons. Elle est à appliquer sur le spectre de Fourier.
Sur la figure 7A, qui est une représentation 2D de cette CSF, plus un pixel est lumineux, plus notre système visuel (ou SVH pour « Système Visuel Humain ») sera sensible à cette gamme de fréquence. Plus un pixel est sombre, moins notre système visuel sera sensible aux distorsions dans cette gamme de fréquence. La figure 7 A représente la CSF en 2D, comme elle serait appliquée sur un spectre de Fourier 2D d'une image. On suppose ici que le centre du spectre de Fourier (centre de la figure 7A) représente les basses fréquences, et plus on s'éloigne du centre, plus on se déplace vers les hautes fréquences.
La figure 7B est une découpe horizontale 1D de la CSF (coupée en son milieu), et nous montre que vers les basses fréquences ( x = 0 ) le SVH est peu sensible, puis, lorsque la fréquence augmente (jusqu'à x = 40 environ), le SVH est de plus en plus sensible aux modifications de fréquences, puis finalement , lorsque x> 0 ; notre sensibilité décroît. Il est important de noter que malgré une CSF très faible aux fréquences proches de zéro, un tatouage à de telles fréquences est quasi-impossible car la force du watermark devrait être très faible pour garantir l'invisibilité de la marque. De ce fait, la robustesse ne serait pas assurée. La figure 8 présente, dans la partie gauche, une représentation 2D de la Fonction de Sensibilité au Contraste (CSF) (comme sur la figure 7A), dans la partie centrale, le watermark (référencé 83) en forme de couronne proposé dans la technique précitée de Solachidis et Pitas, et dans la partie droite, un exemple de watermark selon l'invention inséré dans le spectre de Fourier d'une image. Dans cet exemple, le watermark selon l'invention est de forme carrée (voir le carré référencé 81 dans le quadrant donné du domaine de Fourier, et son pendant référencé 82 dans le quadrant symétrique) et dont le coin inférieur gauche est à la position (u =66%U, v =66%V).
On voit que le watermark 83 de Solachidis et Pitas est positionné à des fréquences pour lesquelles notre SVH est très sensible, alors que le watermark 81 , 82 selon un exemple de l'invention est positionné dans une gamme de fréquences pour laquelle notre SVH a du mal à discriminer les fréquences.
On voit également que le watermark 81 , 82 selon un exemple de l'invention, en étant positionné sur la diagonale du spectre (orientation à 45°), est positionné dans une gamme de fréquences pour laquelle notre SVH est moins sensible.
La figure 9 présente la structure simplifiée d'un dispositif d'insertion 90 mettant en oeuvre le procédé d'insertion selon l'invention (par exemple le mode de réalisation particulier décrit ci-dessus en relation avec la figure 1 ) . Ce dispositif d'insertion comprend une mémoire RAM 93, une unité de traitement 91 , équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire ROM 92. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire RAM 93 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 91. L'unité de traitement 91 reçoit en entrée une image originale 94a et des informations 94b relatives au watermark à insérer. Le processeur de l'unité de traitement 91 génère en sortie une image tatouée 95, selon les instructions du programme 92.
La figure 10 présente la structure simplifiée d'un dispositif de détection (ou détecteur) 100 mettant en oeuvre le procédé de détection selon l'invention (par exemple le mode de réalisation particulier décrit ci-dessus en relation avec la figure 3). Ce dispositif de détection comprend une mémoire RAM 103, une unité de traitement 101 , équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire ROM 102. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire RAM 103 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 101. L'unité de traitement 101 reçoit en entrée une image à analyser 104a et des informations 104b relatives au watermark de référence. Dans une variante (si l'insertion a été réalisée avec l'équation d'insertion de l'une des méthodes FMC et FMP discutées ci-dessus), l'unité de traitement 101 reçoit en outre en entrée des coefficients de Fourier de référence (voir définitions et explications plus haut). Le processeur de l'unité de traitement 101 génère en sortie une décision 105 (indiquant si un watermark est présent ou non dans l'image à analyser), selon les instructions du programme 102.
La figure 9 (respectivement 10) illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser l'algorithme de la figure 1 (respectivement 3). En effet, la technique d'insertion (respectivement de détection) de l'invention se réalise indifféremment :
sur une machine de calcul re-programmable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un micro-contrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou
sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).
Dans le cas où la technique d'insertion (respectivement de détection) de l'invention est implantée sur une machine de calcul re-programmable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.
Dans l'exemple décrit ci-dessus, en relation avec les figures 1 à 3 :
• les quatre quadrant du domaine de Fourier sont échangés pour que la composante continue soit au centre ; et
• la marque est insérée dans le quadrant supérieur droit. En outre, pour respecter la symétrie centrale du spectre de Fourier (c'est-à-dire la propriété hermitienne du spectre de l'image) le quadrant inférieur gauche est également modifié. Plus précisément, dans cet exemple, le quadrant supérieur droit possède deux axes de coordonnées (deux demi-droites) s'étendant à partir s'étendant à partir de la composante continue (0,0). Par ailleurs , les coordonnées spectrales u et v d'une position (u, v) dans le quadrant supérieur droit sont mesurées le long des deux axes de coordonnées de ce quadrant supérieur droit, et en partant de la composante continue (0,0).
Comme indiqué plus haut, le principe général de l'invention consiste à choisir de manière particulière, dans le domaine de Fourier, la position de la marque (elle est insérée dans les hautes fréquences) et la forme de la marque (motif convexe). Cette combinaison particulière de position et de forme permet de garantir l'invisibilité (ou une faible visibilité) de la marque, tout en offrant une bonne robustesse, notamment à une attaque d'impression et re-numérisation (« print & scan »).
Ce principe général, et donc la présente invention, s'applique également au cas où :
• les quatre quadrant du domaine de Fourier sont échangés pour que la composante continue soit au centre ; et
• la marque est insérée dans l'un quelconque des quatre quadrants (et pour respecter la symétrie centrale du spectre de Fourier, dans le quadrant symétrique par rapport à la composante continue (0,0)).
Quel que soit le quadrant donné dans lequel est insérée la marque, la condition sur la position de la marque est toujours la même : la marque comprend un ensemble de coefficients de tatouage (wM V) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) du quadrant donné, dont les coordonnées spectrales M et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV.
On notera que les valeurs de u et v ainsi définies sont toujours positives puisqu'elles correspondent à la distance entre la composante continue (0 ,0) et une projection d'un point sur l'un des axes de coordonnées.
Ainsi, comme illustré sur la figure 11 : • dans le quadrant supérieur droit Q4b, les coordonnées spectrales u4b et v4b d'un point M4b sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites) 111 et 112 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0) ;
• dans le quadrant supérieur gauche Q3b, les coordonnées spectrales u3b et v3b d'un point M3b sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites) 114 et 113 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0) ;
• dans le quadrant inférieur gauche Q2b, les coordonnées spectrales u2b et v2b d'un point M2b sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites) 115 et 116 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0) ;
• dans le quadrant inférieur droit Qlb, les coordonnées spectrales Uib et Vib d'un point Mlb sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites) 118 et 117 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0).
On notera que sur la figure 11 , les axes de coordonnées (demi-droites) 111 et 118 sont confondus, de même pour les axes 112 et 113, 114 et 115, et 116 et 117.
Le principe général précité, et donc la présente invention, s'applique également au cas où :
• les quatre quadrant du domaine de Fourier ne sont pas échangés pour que la composante continue soit au centre ; et
• la marque est insérée dans l'un quelconque des quatre quadrants (et pour respecter la symétrie centrale du spectre de Fourier, dans le quadrant symétrique par rapport à la composante continue (0,0)).
Quel que soit le quadrant donné dans lequel est insérée la marque, la condition sur la position de la marque est toujours la même : la marque comprend un ensemble de coefficients de tatouage (w«,v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) du quadrant donné, dont les coordonnées spectrales M et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV.
Ainsi, comme illustré sur la figure 12 :
• dans le quadrant inférieur gauche Q4 (identique au quadrant supérieur droit Q4b de la figure 11) , les coordonnées spectrales u4 et v4 d'un point M4 sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites) 111 et 112 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0) ;
• dans le quadrant inférieur gauche Q3 (identique au quadrant supérieur gauche Q3b de la figure 11), les coordonnées spectrales u3 et v3 d'un point M3 sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites)
114 et 113 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0) ;
• dans le quadrant supérieur droit Q2 (identique au quadrant inférieur gauche Q2b de la figure 11), les coordonnées spectrales u2 et v2 d'un point M2 sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites)
115 et 116 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0) ;
• dans le quadrant supérieur gauche Ql (identique au quadrant inférieur droit Qlb de la figure 11), les coordonnées spectrales Ui et Vi d'un point Ml sont des valeurs positives mesurées le long des deux axes de coordonnées (demi-droites) 118 et 117 respectivement, s'étendant à partir de la composante continue (0,0).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'insertion, par un dispositif d'insertion, d'une marque numérique dans une image, du type comprenant les étapes suivantes :
application d'une transformée de Fourier à ladite image, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions, défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ;
insertion de ladite marque dans ledit spectre de Fourier par modification de coefficients de Fourier dudit spectre de Fourier, en fonction de coefficients de tatouage compris dans la marque, permettant d'obtenir un spectre de Fourier modifié ;
application d'une transformée de Fourier inverse audit spectre de Fourier modifié, permettant d'obtenir une image tatouée ;
caractérisé en ce que ladite marque comprend un ensemble de coefficients de tatouage (w„,v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales M et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV,
et en ce que l' ensemble des positions associées auxdits coefficients de tatouage définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit motif convexe est un carré ou un rectangle.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit motif convexe est un carré de 2n x 2n positions, avec n un entier supérieur à deux.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que : 3≤ n≤ 6.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite marque est insérée en respectant la symétrie centrale du spectre de Fourier : pour chaque coefficient de Fourier qui est situé dans le quadrant donné et qui subit une modification en fonction d'un coefficient de tatouage donné, un coefficient de Fourier qui est situé dans le quadrant symétrique du quadrant donné, par rapport au centre du domaine de Fourier, subit également une modification en fonction dudit coefficient de tatouage donné.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit motif convexe est centré sur une diagonale du quadrant donné, orientée à 45° par rapport aux deux axes de coordonnées servant à définir les coordonnées spectrales u et v d'une position (u, v) dans le quadrant donné.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la marque est insérée selon l'équation d'insertion suivante : yu,v = xu,v + a x xu,v x wu,v, où : yu est un coefficient de Fourier modifié, à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
xu,v est un coefficient de Fourier original à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
a est un coefficient de pondération de la force du tatouage ; et
wUjV est un coefficient de tatouage prenant la valeur +1 ou -1.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la marque est insérée selon l'équation d'insertion suivante : yU V = a x xUrV x wUrV, où :
y„,v est un coefficient de Fourier modifié à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
xu,v est un coefficient de Fourier original à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
a est un coefficient de pondération de la force du tatouage ; et
wu est un coefficient de tatouage prenant la valeur +1 ou -1.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la marque est insérée selon l'équation d'insertion suivante : yu,v = wu,v, où :
y„,v est un coefficient de Fourier modifié à la position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier ;
wu est un coefficient de tatouage compris dans une plage prédéterminée.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les valeurs minimale et maximale de ladite plage prédéterminée sont fonction des valeurs des parties réelles des coefficients de Fourier subissant chacun une modification en fonction d'un desdits coefficients de tatouage.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la marque est insérée en modifiant uniquement la partie réelle de chaque coefficient de Fourier subissant une modification en fonction d'un desdits coefficients de tatouage.
12. Procédé de détection, par un dispositif de détection, d'une marque numérique dans une image à analyser, du type comprenant les étapes suivantes :
application d'une transformée de Fourier à l'image à analyser, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions, défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ;
mesure de similarités entre deux portions de spectre de Fourier : une portion de référence et une portion à analyser, extraite dudit spectre de Fourier de l'image à analyser ;
prise d'une décision, de présence ou absence d'une marque dans ladite portion à analyser, en fonction du résultat de l'étape de mesure de similarités ;
caractérisé en ce que le dispositif de détection dispose de :
une marque de référence comprenant un ensemble de coefficients de tatouage (wu>v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales M et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné , sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV, et
l'ensemble des positions associées aux coefficients de tatouage, qui définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné du domaine de Fourier, en ce que l'étape de mesure de similarités comprend :
une étape de détermination de ladite portion de référence, en fonction des coefficients de tatouage de ladite marque de référence ; une étape de détermination de ladite portion à analyser (y*), consistant à obtenir les coefficients de Fourier situés, dans le quadrant donné, aux positions associées aux coefficients de tatouage de ladite marque de référence ;
une étape de calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions entre la portion de référence et la portion à analyser, fournissant une carte de corrélation en deux dimensions ;
et en ce qu'une décision de présence est prise si au moins une valeur de la carte de corrélation en deux dimensions est supérieure à un seuil prédéterminé.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de détermination de ladite portion de référence consiste à prendre, pour une position (u, v) donnée dans le quadrant donné du domaine de Fourier, le coefficient de tatouage (w«,v) associé à ladite position donnée dans ladite marque de référence.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de détermination de ladite portion de référence consiste à prendre, pour une position (u, v) donnée dans le quadrant donné du domaine de Fourier, le résultat d'une pondération :
du coefficient de tatouage (wj associé à ladite position donnée,
par un coefficient de Fourier de référence (xU V) situé, dans le quadrant donné du domaine de Fourier, à ladite position donnée, ledit coefficient de Fourier de référence appartenant à un spectre de Fourier en deux dimensions résultant d'une transformée de Fourier d 'une image originale, le dispositif de détection disposant dudit coefficient de Fourier de référence.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions est effectuée selon l'équation suivante :
où :
/est la portion de référence ;
g est la portion à analyser ;
représente la transformée de Fourier inverse ;
¥ i v )
- ' ' est le complexe conjugué de la transformée de Fourier de / ; et
G ( v ) est la transformée de Fourier de g.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que ledit motif convexe est un carré ou un rectangle.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit motif convexe est un carré de 2n x 2n positions, avec n un entier supérieur à deux.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que : 3≤ n≤ 6.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que ledit motif convexe est centré sur une diagonale du quadrant donné du domaine de Fourier, orientée à 45° par rapport aux axes de coordonnées servant à définir les coordonnées spectrales u et v d'une position (u, v) dans le quadrant donné du domaine de Fourier.
20. Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé d'insertion selon au moins une des revendications 1 à 11 et/ou le procédé de détection selon au moins une des revendications 12 à 19 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
21 . Médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions exécutables par un ordinateur ou un processeur pour mettre en œuvre le procédé d'insertion selon au moins une des revendications 1 à 11 et/ou le procédé de détection selon au moins une des revendications 12 à 19.
22. Dispositif d'insertion d'une marque numérique dans une image , du type comprenant :
des moyens d'application d'une transformée d e Fourier à ladite image, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions , défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ;
des moyens d'insertion de ladite marque dans ledit spectre de Fourier par modification de coefficients de Fourier dudit spectre de Fourier, en fonction de coefficients de tatouage compris dans la marque, permettant d'obtenir un spectre de Fourier modifié ; des moyens d'application d'une transformée de Fourier inverse audit spectre de
Fourier modifié, permettant d'obtenir une image tatouée ;
caractérisé en ce que ladite marque comprend un ensemble de coefficients de tatouage (wu,v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales u et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV,
et en ce que l ' ensemble des positions associées auxdits coefficients de tatouage définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné.
23. Dispositif de détection d'une marque numérique dans une image à analyser, du type comprenant :
des moyens d'application d'une transformée de Fourier à l'image à analyser, permettant d'obtenir un spectre de Fourier en deux dimensions , défini par des coefficients de Fourier à différentes positions d'un domaine de Fourier comprenant quatre quadrants possédant chacun deux axes de coordonnées s'étendant à partir de la composante continue ;
des moyens de mesure de similarités entre deux portions de spectre de Fourier : une portion de référence et une portion à analyser, extraite dudit spectre de Fourier de l'image à analyser ;
des moyens de prise d'une décision, de présence ou absence d'une marque dans ladite portion à analyser, en fonction du résultat de l'étape de mesure de similarités ;
caractérisé en ce que le dispositif de détection dispose de :
une marque de référence comprenant un ensemble de coefficients de tatouage (wu>v) associés chacun à une position déterminée distincte (u, v) d'un quadrant donné parmi lesdits quadrants du domaine de Fourier, dont les coordonnées spectrales M et v, mesurées le long des deux axes de coordonnées du quadrant donné et en partant de la composante continue, et exprimées en pourcentage des dimensions U et V du quadrant donné, sont telles que : u > 66%xU et v > 66%xV, et l'ensemble des positions associées aux coefficients de tatouage, qui définissent un motif convexe déterminé dans le quadrant donné du domaine de Fourier, en ce que les moyens de mesure de similarités comprennent :
des moyens de détermination de ladite portion de référence, en fonction des coefficients de tatouage de ladite marque de référence ;
des moyens de détermination de ladite portion à analyser (y*) , permettant d'obtenir les coefficients de Fourier situés, dans le quadrant donné, aux positions associées aux coefficients de tatouage de ladite marque de référence ;
des moyens de calcul d'une inter-corrélation normalisée en deux dimensions entre la portion de référence et la portion à analyser, fournissant une carte de corrélation en deux dimensions ;
et en ce que les moyens de décision sont adaptés pour prendre une décision de présence si au moins une valeur de la carte de corrélation en deux dimensions est supérieure à un seuil prédéterminé.
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