[논문]워터쉐드 분할 기법을 이용한 견고한 의료 영상보안 알고리즘 설계

오근탁; 정민식; 이윤배

doi:10.6109/jkiice.2008.12.11.1980

워터쉐드 분할 기법을 이용한 견고한 의료 영상보안 알고리즘 설계
Design of robust Medical Image Security Algorithm using Watershed Division Method 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.12 no.11, 2008년, pp.1980 - 1986

오근탁 (조선대학교 컴퓨터공학부) , 정민식 (조선대학교 교육대학원) , 이윤배 (조선대학교 컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

디지털 워터마크 기법은 음악, 영상, 동영상에 대한 저작권과 재산권의 보호 및 인증, 데이터 손실 여부 판단, 복사 방지 및 추적 등을 목적으로 한 사후 재산권의 보호 기술로 제안되었다. 본 연구에서는 워터마크의 기하학적인 왜곡에 대한 공격에 견고하게 하도록 영상의 전 처리 과정을 거친다. 그리고 선택된 기하학적인 불변 점을 골라 여러가지 영상처리에 강인하며 일정 기간 압축 저장되는 영상에서도 워터마킹이 유지되도록 워터 쉐드(watershed) 분할 기법을 이용한 의료 영상 보안 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안한 워터마킹 알고리즘은 의료 영상에 대한 RST공격, JPEG 압축 공격 그리고 필터링 공격보다 강인함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A digital watermarking technique used as a protection and certifying mechanism of copyrighted creations including music, still images, and videos in terms of lading any loss in data, reproduction and pursuit. This study suggests using a selected geometric invariant point through the whole processing procedure based on the invariant point so that it will be robust in a geometric transformation attack. The introduced algorithm here is based on a watershed splitting method in order to make medical images strong against RST transformation and other processing. This algorithm also proved that is has robustness against not only RST attack, but also JPEG compression attack and filtering attack.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그리고 본 연구에서는 기하학적인 불변점을 사용하여 워터마킹의 기하학적인 왜곡에 대한 견고성을 개선하였다. 이것은 다른 형태의 공격에 대한 기반이고 다른 공격에 대한 기존의 연구 결과들을 추진하는데 강력한 영향을 줄 수 있는 기술이라 할 수 있다.
따라서 본 연구에서는 의료 영상 정보에서 발생할 수 있는 기하학적 변환과 압축 등의 영상 변환에서도 워터마크의 견고성을 확인할 수 있는 워터쉐드 분할 알고리즘을 적응한 견고한 워터 마킹 기법을 제안하고자 한다
본 논문에서는 고주파 대역에 워터마크가 삽입되면 다양한 영상처리 과정에 의하여 워터마크의 견고성이 작아진다. 반대로 저주파 대역에 워터마크를 삽입하면 영상에 왜곡이 발생하는 현상 때문에 중간주파수 대역에 워 터마크를 첨부하는 방안으로 삽입되는 워터마크를 삽입, 시각적으로 인지 가능한 의미 있는 이진(binary) 영 상을 사용하여 워 터 마크를 삽입 한다.
본 연구에서는 디지털 영상 데이터의 저작권 보호를 위해 시각적으로 인지할 수 있는 이진 워터마크 영상을 원 영상에 삽입 및 검출할 수 있도록 효율적인 알고리즘을 제안하였다. 특히 본 논문에서는 의 료 영상에 가해질 수 있는 다양한 변형 및 공격 중, 워터마크 추출 시 워터마크 간의 동기(synchronization)를 찾기 어렵게 하는 RST 변환을 해결하기 위해서 워터쉐드 분할 방법을 이용한 알고리즘을 사용하였다.

제안 방법

특히 본 논문에서는 의 료 영상에 가해질 수 있는 다양한 변형 및 공격 중, 워터마크 추출 시 워터마크 간의 동기(synchronization)를 찾기 어렵게 하는 RST 변환을 해결하기 위해서 워터쉐드 분할 방법을 이용한 알고리즘을 사용하였다. 그리고 영상의 공간 주파수 성 분에 주파수 대 역 확산 방식 으로 사용자 정보를 삽입하였다.
넷째, 유사도를 측정 한다.
다섯째, 워터마크가 삽입된 계수의 시퀀스를 역이산 웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 이미지를 생성한다.
둘째, 3단계 웨 이블렛 변환을 통해 원본 이미지를 주파수 영역으로 변환하며, 고주파수 대역에서는 계수의 절대치 기준의 임계치를 설정한다.
특히 의료 영상 정보의 보안 유지를 위해 인증과 무결성을 보장하기 위한 새로운 방법도 강구하였다. 또한 새로운 알고리즘 설계를 통해 기존의 알고리 즘이 갖고 있는 화질 저하 문제를 해결하고 워터마크가 삽입된 정확한 위치를 숨길 수 있도록 하였다.
반대로 저주파 대역에 워터마크를 삽입하면 영상에 왜곡이 발생하는 현상 때문에 중간주파수 대역에 워 터마크를 첨부하는 방안으로 삽입되는 워터마크를 삽입, 시각적으로 인지 가능한 의미 있는 이진(binary) 영 상을 사용하여 워 터 마크를 삽입 한다.
본 연구에서는 멀티미디어 콘텐츠 저작권자의 소유권을 효과적으로 보호하고 데이터의 불법 복제 및 배포를 제한할 수 있는 효율적인 마크 기법을 환자 의료 영상 정보 보안에 적용 하였다. 특히 의료 영상 정보의 보안 유지를 위해 인증과 무결성을 보장하기 위한 새로운 방법도 강구하였다.
셋째, 임계치를 설정하여, 그 임계치를 앞 단계에서 구한 값에 적용하여 워터마크가 삽입된 위치를 찾아내고 추출한다.
셋째, 주파수 영역에서 워터마크를 삽입할 저주파 성분 영 역과 수평 방향과 수직 방향과 대각선 방향의 에지 특성을 갖는 고주파 성분 영역에 임계치를 설정한다. 이임 계치 는 이미 지 워 터 마크를 시 각적 으로 삽입 하기 위해 설정한다.
각 단계를 역순으로 처리한다. 워터 마크된 영상으로부터 워터마크를 검출하기 위해서는 먼저 원 영상과 워 터 마크된 영 상을 웨 이 블릿 변환 후 계수의 차를 구하고 삽입과 동일하게 생성된 의사 잡음 코드 값과 비교하여 삽입 된 워 터마크 영상를 추출한다. 추출 순서는 다음과 같다.
워터마크의 추출은 삽입단계의 역 추적과정에 의해처 리되고 추출된 워 터마크가 원소유자의 정보가 담긴 워터마크인지 아닌지, 통계학적 접근방법을 이용하여 인증한다. 워터마크가 삽입된 이미지 변형이나 삽입된 워터마크를 제거하기 위한 다양한 공격 형 태, 즉 손실 압축, 필터링, 잡음 첨가, 크로핑 리샘플링 등의 이미지 처리를 한 경우에 추출되는 워터마크를 인증할 필요가 있다.
또한 환자기록 영상에 대해 일정 기간법적 저장보관 의무가 있기 때문에 영상에 대한 효율적인 압축 방법도 필요하다. 이러한 의료 정보 영상의 특징을 기반으로 디지털 워터마킹을 PACS 환경 및 Web-Based Medical Image System에 적용하여 의 료 영상 정 보에 대한 환자의 견고한 워터 마킹 방법은 압축, 필터 링, 노이즈, 기하학적 변형 등에 대해서 여러가지 알고리즘이 제안 되었다. 기록의 보안과 개인 사생활 보호, 진단의 정확성 및 저장정보에 대한 데이터 인증 연구가 필요하다.

데이터처리

본 연구에서는 추출된 워터마크를 인증하기 위해서 통계학적인 접근방법을 이용하여 추출된 워터마크의 유사도를 판단하는 상관계수를 이용한다. 인증 절차를 도해하면 그림 6과 같다.

이론/모형

제안하였다. 특히 본 논문에서는 의 료 영상에 가해질 수 있는 다양한 변형 및 공격 중, 워터마크 추출 시 워터마크 간의 동기(synchronization)를 찾기 어렵게 하는 RST 변환을 해결하기 위해서 워터쉐드 분할 방법을 이용한 알고리즘을 사용하였다. 그리고 영상의 공간 주파수 성 분에 주파수 대 역 확산 방식 으로 사용자 정보를 삽입하였다.

후속연구

그러나 의료 영상은특성상 의사의 진단이 있기 전까지는 어떤 변형도허용되지 않기 때문에 어떤 환경으로 인해 여상 변형이 있을때 이를 검출하는 Fragile 방식과 워터마킹 영상을 원 영상처럼 자유롭게 사용하기위해 검줄 이후에는 삽입 워터마크를 제거하는 Reversible 방식 에 대한 계속적 인 연구가 필요하다.

참고문헌 (8)

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이윤배, 오근탁 '의료 영상의 이미지 보안을 위한 워터마크 기법', 추계 종합 학술집(8권 2호), 한국해양정보통신학회, PP.0722-0724, 2004.10
이윤배, 오근탁, '모바일 환경에서 의료 정보 특성을 고려한 디지털 서명', 한국해양정보통신학회 논문지(9/2), pp. 374-379, 한국해양정보통신학회, 2005.06

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이윤배, 오근탁, 구제영, ' 웨이블릿을 적용한 PACS 보안 알고리즘 설계', 2005년 추계 학술 발표 논문집(12/3), pp. 38-42, 한국정보처리학회, 2005.10
이윤배, 오근탁, ' 워터 마크 기법을 이용한 PACS 보안 알고리즘 설계', 한국해양정보통신학회 논문지(9/6), pp.1309-1315, 한국해양통신학회,2005.10

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이윤배, 오근탁, 정민식,'Design of effective algorithm based on the watermark Technique for PACS security', Springer, pp.110-117, ICOT-2007(Japan), 2007.6

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