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디지털 카메라의 렌즈 왜곡 보정에 사용된 보간 패턴 추출을 통한 카메라 식별 방법
Digital Camera Identification Based on Interpolation Pattern Used Lens Distortion Correction 원문보기

인터넷정보학회논문지 = Journal of Korean Society for Internet Information, v.13 no.3, 2012년, pp.49 - 59  

황민구 (중앙대학교 첨단영상대학원) ,  김동민 (대검찰청 영상분석실) ,  하동환 (중앙대학교 첨단영상대학원 영상학과)

초록
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촬영된 카메라의 기초 정보를 담고 있는 EXIF 파일을 편집 프로그램들을 통해 삭제 또는 변형하게 되어 우리 주변에서 출처를 알 수 없는 이미지들이 상당수 존재하게 되었다. 이와 같은 문제점은 디지털 이미지의 출처를 왜곡하여 공공기관에서 사건의 분석 및 감정에 혼선을 줄 수 있다. 특히 증거의 출처를 명시하는 법정 기관에 출처가 삭제, 변형된 EXIF 파일을 가진 디지털 사진은 객관적 증거의 역할을 할 수 없다. 본 논문은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 연구로써 촬영에 사용된 카메라의 신원을 추적하는 데 목적이 있다. 이를 위해 본 논문은 디지털카메라 이미지 프로세싱에서 사용하는 렌즈 왜곡 보정 알고리즘을 주목하였다. 렌즈 왜곡 보정은 맵핑 알고리즘을 이용하며 이 때 위신호 인공물(Aliasing artifact)와 복원 인공물(Reconstruction artifact)의 발생을 제거하기 위한 보간 알고리즘을 사용한다. 여기서 보간은 맵핑의 패턴과 유사한 형태로 나타나며 이 보간의 흔적을 찾는 것이 연구의 핵심이다. 본 논문에서는 맵핑에 사용된 보간 패턴을 검출하기 위해 미니멈 필터(Minimum Filter)를 이용한 검출 알고리즘을 제안하였다. 보간이 발생한 영역과 그렇지 않은 영역을 분류하여 두 영역에 동일한 미니멈 필터를 적용한다. 이를 DFT를 통해 각 영역간의 주파수 특성이 어떻게 나타나는지 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 두 영역간의 차분값을 활용하여 최종 검출 맵으로 구현하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Throughout developing digital technology, reproduction of image is growing better day by day. And at the same time, diverse image editing softwares are developed to manage images easily. In the process of editing images, those programs could delete or modify EXIF files which have the original image ...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 또한, 보간이 적용된 결과와 보간이 제외된 역방향 맵핑 결과를 출력하여 A와 B라인에서의 히스토그램(Histogram) 분포를 확인하였다. 그 이유는 맵핑의 형태와 보간 패턴에 그래프에서 어떠한 차이가 있는지 확인하기 위해서이다.
  • 이 과정은 맵핑 과정이 들어가며 이 때 발생하는 위신호 인공물과 복원 인공물의 문제 해결에 사용된 보간의 특징을 검출하는 연구였다. 맵핑에 사용된 보간 흔적을 검출하기 위해 본 논문에서는 미니멈 필터를 이용한 보간 검출 알고리즘을 제안하였다. 보간이 발생한 영역과 그렇지 않은 영역을 분리하여 동일한 값으로 미니멈 필터를 적용 하였을 때 나타나는 패턴의 유형을 DFT를 통해 확인하였고 이 패턴들의 차분값을 이용하여 최종 보간의 흔적을 찾을 수 있었다.
  • 본 논문에서는 위에서 언급한 왜곡 보정을 위해 사용된 맵핑 과정의 이미지 프로세싱 중 사용되는 보간 패턴을 찾아내는 것을 주목표로 하고 있다. 이는 각 카메라 제조사 및 기종에 따라서 렌즈 왜곡을 보정하기 위한 다양한 맵핑 과정을 사용하기 때문에 보간의 특성만 정확하게 검출한다면 렌즈 왜곡에 의한 맵핑의 형태 또한 추출할 수 있다.
  • 본 논문에서는 이러한 검출을 위해서 이미지에 미니멈 필터(Minimum Filter)를 적용하여 보간의 흔적을 찾아내는 방법을 고안하였다. 이 필터는 이미지의 픽셀값의 배열을 바꾸는 역할을 하기 때문에 보간이 적용된 영역과 그렇지 않은 영역에서의 픽셀 배열 패턴에 차이가 있을 것이라는 가정으로 사용되었다.
  • 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 디지털카메라에 내장된 이미지 프로세싱 과정을 분석하였다. 그 중 이미지 프로세싱 과정에서 렌즈의 왜곡을 보정하기 위해 사용된 이미지 맵핑 알고리즘이 포함되어 있으며, 이러한 보정 과정에서 보간을 사용하는 것을 확인하였다.
  • 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 미국에서는 디지털 이미지의 증거능력과 관련하여 연방, 주, 그리고 각 경찰국 차원에서 관련 법률 및 규정을 정비하고 취급절차와 관련된 표준응용절차를 마련, 기술적 보완을 완비하고 있다. 본 논문에서는 이와 같은 증거 사진에 대한 객관적 기술보완을 목적으로 하고 있으며, 그 방법으로 출처가 불분명한 디지털 사진에 대해 객관적 검증방법을 통해 디지털 사진의 출처를 명확하게 식별하고자 하는 것이 본 연구의 출발점이다.
  • 본 논문에서는 이와 같이 출처가 불분명한 사진을 식별하기 위한 연구로써 디지털 카메라에 내장되어 있는 디지털 이미징 프로세스 중 렌즈 왜곡 보정 과정에 주목하였다. 이 과정은 맵핑 과정이 들어가며 이 때 발생하는 위신호 인공물과 복원 인공물의 문제 해결에 사용된 보간의 특징을 검출하는 연구였다.
  • 본 논문은 출처가 불분명한 디지털 이미지 및 사건의 진위를 은폐하기 위해 사용된 디지털 변조까지 검증할 수 있는 연구로써 개인 및 공공기관에 유용하게 사용되기를 바란다.​​​​​​​

가설 설정

  • 본 논문에서는 이러한 검출을 위해서 이미지에 미니멈 필터(Minimum Filter)를 적용하여 보간의 흔적을 찾아내는 방법을 고안하였다. 이 필터는 이미지의 픽셀값의 배열을 바꾸는 역할을 하기 때문에 보간이 적용된 영역과 그렇지 않은 영역에서의 픽셀 배열 패턴에 차이가 있을 것이라는 가정으로 사용되었다. 이 가정의 타당성을 객관적으로 검증하기 위해 DFT(Discrete Fourier Transform)을 이용하였으며 본론에서 그 타당성을 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CFA란 무엇인가? 이러한 접근 방법의 하나로 카메라에 내장된 CFA(Color Filter Array)를 이용한 분석 방법이 있었다. CFA는 빛을 컬러로 기록하기 위한 단계로써 적, 녹, 청색의 필터를 이용하여 전기 신호로 변환하는 단계에 사용한다. Bayram[3]과 Long[4]은 이 방법을 이용하여 CFA 단계에서 발생하는 보간의 특징을 각 픽셀의 상관관계를 이용하여 카메라 종류를 분류하였다.
렌즈 왜곡 보정을 위해 사용되는 디지털 이미지 프로세싱 알고리즘은 무엇인가? 렌즈 왜곡 보정을 위해 사용되는 디지털 이미지 프로세싱 알고리즘은 (그림 2)와 같은 맵핑(Mapping)이다. 이미지 맵핑은 입력 영상의 모든 화소에 대하여 출력 영상의 새로운 화소 위치를 계산하고, 입력 화소의 밝기 값을 출력 영상의 새로운 위치에 복사하는 방법이다 [13].
EXIF의 특징은? 먼저 촬영에 사용된 카메라를 식별하기 위한 방법으로 EXIF(Exchangeable Image File Format)을 사용하는 방법이다. 이 파일은 촬영된 시간과 날짜, 카메라의 종류, 노출, 조리개 등의 기초정보를 담고 있어 촬영된 이미지에 대한 출처를 명확하게 확인할 수 있는 단서이다 [1]. 최근에는 이 EXIF와 JPEG 이미지의 특성을 이용하여 휴대폰으로 촬영된 디지털 사진을 식별하는 연구가 진행되었다[2].
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참고문헌 (14)

  1. P. Alvarez. "Using extended file information (EXIF) file headers in digital evidence analysis," International Journal of Digital Evidence, vol. 2, no. 4, 2004. 

  2. 신원 "디지털 사진 특성을 이용한 휴대전화 증거 분석 방안," 한국멀티미디어학회, vol. 12, no. 10, 2009. 

  3. S. Bayram, H. T. Sencar, N. Memon, and I. Avcibas, "Source camera identification based on CFA interpolation," in IEEE International Conference on Image Processing, vol. 3, pp. 69-72 , 2005. 

  4. Y. Long and Y. Huang, "Image based source camera identification using demosaicking," in IEEE International Workshop on Multimedia Signal Processing, vol. 3, 2006 

  5. J. Lukas, J. Fridrich, and M. Goljan, "Determining digital image origin using sensor imperfections," Proc. SPIE Image and Video Communications and Processing, vol. 5685, pp. 16-20 , 2005. 

  6. J. Lukas, J. Fridrich, and M. Goljan, "Determining digital image origin using sensor imperfections," Proc. SPIE Electronic Imaging, Image and Video Communication and Processing,San Jose, California, pp. 249-260, 2005. 

  7. J. Lukas, J. Fridrich, and M. Goljan, "Digital camera identification from sensor pattern noise," IEEE Transactions on Information Forensics and Security, vol 1, pp. 205-214, 2005. 

  8. Z. Geradts, J. Bijhold, M. Kieft, K. Kurosawa, K. Kuroki, and N. Saitoh, "Methods for identification of images acquired with digital cameras," Proc. of SPIE, Enabling Technologies for Law Enforcement and Security, vol. 4232, pp. 505-512, 2001. 

  9. M. Kharrazi, H. Sencar., and N. Memon,"Blind source camera identification," 2004 International Conference on Image Processing (ICIP '04), vol 1, pp. 709-712, 2004. 

  10. K. S. Choi, E. Y. Lam, and K. K. Y. Wong, "Automatic source camera identification using the intrinsic lens radial distortion," Optics Express, vol. 14, pp. 11551-11565, 2006. 

  11. K. S. Choi, E. Y. Lam, and K. K. Y. Wong, "Source camera identification using footprints from lens aberration," in Digital Photography II Proceedings of the SPIE, vol. 6069, pp. 155-162, 2006 

  12. W. Rabadi, R. Talluri, K. Illgner, J. Liang, Y. Youngjun "Programmable DSP platform for digital still cameras," ICASSP '99 Proceedings of the Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 4, pp. 2235-2238, 1999. 

  13. K. Daloukas, C.D. Antonopoulos, N. Bellas.; S.M, Chai "Fisheye lens distortion correction on multicore and hardware accelerator platforms," 2010 IEEE International Symposium on Parallel & Distributed Processing (IPDPS), pp. 1-10, 2010. 

  14. K.T. Gribbon, D. G. Bailey, "A novel approach to real-time bilinear interpolation," Second IEEE International Workshop on Electronic Design, Test and Applications (DELTA'04), pp. 126-131, 2004. 

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