A robust image watermarking technique based on quantization noise visibility thresholds

International audienceA tremendous amount of digital multimedia data is broadcasted daily over the internet. Since digital data can be very quickly and easily duplicated, intellectual property right protection techniques have become important and first appeared about fifty years ago (see [I.J. Cox, M.L. Miller, The First 50 Years of Electronic Watermarking, EURASIP J. Appl. Signal Process. 2 (2002) 126-132. [52]] for an extended review). Digital watermarking was born. Since its inception, many watermarking techniques have appeared, in all possible transformed spaces. However, an important lack in watermarking literature concerns the human visual system models. Several human visual system (HVS) model based watermarking techniques were designed in the late 1990's. Due to the weak robustness results, especially concerning geometrical distortions, the interest in such studies has reduced. In this paper, we intend to take advantage of recent advances in HVS models and watermarking techniques to revisit this issue. We will demonstrate that it is possible to resist too many attacks, including geometrical distortions, in HVS based watermarking algorithms. The perceptual model used here takes into account advanced features of the HVS identified from psychophysics experiments conducted in our laboratory. This model has been successfully applied in quality assessment and image coding schemes M. Carnec, P. Le Callet, D. Barba, An image quality assessment method based on perception of structural information, IEEE Internat. Conf. Image Process. 3 (2003) 185-188, N. Bekkat, A. Saadane, D. Barba, Masking effects in the quality assessment of coded images, in: SPIE Human Vision and Electronic Imaging V, 3959 (2000) 211-219. In this paper the human visual system model is used to create a perceptual mask in order to optimize the watermark strength. The optimal watermark obtained satisfies both invisibility and robustness requirements. Contrary to most watermarking schemes using advanced perceptual masks, in order to best thwart the de-synchronization problem induced by geometrical distortions, we propose here a Fourier domain embedding and detection technique optimizing the amplitude of the watermark. Finally, the robustness of the scheme obtained is assessed against all attacks provided by the Stirmark benchmark. This work proposes a new digital rights management technique using an advanced human visual system model that is able to resist various kind of attacks including many geometrical distortions

Perceptual Visibility Model for Temporal Contrast Changes in Periphery

Modeling perception is critical for many applications and developments in computer graphics to optimize and evaluate content generation techniques. Most of the work to date has focused on central (foveal) vision. However, this is insufficient for novel wide-field-of-view display devices, such as virtual and augmented reality headsets. Furthermore, the perceptual models proposed for the fovea do not readily extend to the off-center, peripheral visual field, where human perception is drastically different. In this paper, we focus on modeling the temporal aspect of visual perception in the periphery. We present new psychophysical experiments that measure the sensitivity of human observers to different spatio-temporal stimuli across a wide field of view. We use the collected data to build a perceptual model for the visibility of temporal changes at different eccentricities in complex video content. Finally, we discuss, demonstrate, and evaluate several problems that can be addressed using our technique. First, we show how our model enables injecting new content into the periphery without distracting the viewer, and we discuss the link between the model and human attention. Second, we demonstrate how foveated rendering methods can be evaluated and optimized to limit the visibility of temporal aliasing

Visual Quality Assessment and Blur Detection Based on the Transform of Gradient Magnitudes

abstract: Digital imaging and image processing technologies have revolutionized the way in which we capture, store, receive, view, utilize, and share images. In image-based applications, through different processing stages (e.g., acquisition, compression, and transmission), images are subjected to different types of distortions which degrade their visual quality. Image Quality Assessment (IQA) attempts to use computational models to automatically evaluate and estimate the image quality in accordance with subjective evaluations. Moreover, with the fast development of computer vision techniques, it is important in practice to extract and understand the information contained in blurred images or regions. The work in this dissertation focuses on reduced-reference visual quality assessment of images and textures, as well as perceptual-based spatially-varying blur detection. A training-free low-cost Reduced-Reference IQA (RRIQA) method is proposed. The proposed method requires a very small number of reduced-reference (RR) features. Extensive experiments performed on different benchmark databases demonstrate that the proposed RRIQA method, delivers highly competitive performance as compared with the state-of-the-art RRIQA models for both natural and texture images. In the context of texture, the effect of texture granularity on the quality of synthesized textures is studied. Moreover, two RR objective visual quality assessment methods that quantify the perceived quality of synthesized textures are proposed. Performance evaluations on two synthesized texture databases demonstrate that the proposed RR metrics outperforms full-reference (FR), no-reference (NR), and RR state-of-the-art quality metrics in predicting the perceived visual quality of the synthesized textures. Last but not least, an effective approach to address the spatially-varying blur detection problem from a single image without requiring any knowledge about the blur type, level, or camera settings is proposed. The evaluations of the proposed approach on a diverse sets of blurry images with different blur types, levels, and content demonstrate that the proposed algorithm performs favorably against the state-of-the-art methods qualitatively and quantitatively.Dissertation/ThesisDoctoral Dissertation Electrical Engineering 201

Perceptual quality assessment and processing for visual signals.

視覺信號，包括圖像，視頻等，在采集，壓縮，存儲，傳輸，重新生成的過程中都會被各種各樣的噪聲所影響，因此他們的主觀質量也就會降低。所以，主觀視覺質量在現今的視覺信號處理跟通訊系統中起到了很大的作用。這篇畢業論文主要討論質量評價的算法設計，以及這些衡量標準在視覺信號處理上的應用。這篇論文的工作主要包括以下五個方面。第一部分主要集中在具有完全套考原始圖像的圖像質量評價。首先我們研究人類視覺系統的特征。具體說來，視覺在結構化失真上面的水平特性和顯著特征會被建模然后應用到結構相似度(SSIM)這個衡量標準上。實驗顯示我們的方法明顯的提高了衡量標準典主觀評價的相似度。由這個質量衡量標準的啟發，我們設計了一個主觀圖像壓縮的方法。其中我們提出了一個自適應的塊大小的超分辨率算法指導的下采樣的算法。實驗結果證明提出的圖像壓縮算法無論在主觀還是在客觀層面都構建了高質量的圖像。第二個部分的工作主要討論具有完全參考原始視頻的視頻質量評價。考慮到人類視覺系統的特征，比如時空域的對此敏感函數，眼球的移動，紋理的遮掩特性，空間域的一致性，時間域的協調性，不同塊變換的特性，我們設計了一個自適應塊大小的失真閾值的模型。實驗證明，我們提出的失真閾值模型能夠更精確的描迷人類視覺系統的特性。基于這個自適應塊大小的失真閾值模型，我們設計了一個簡單的主觀質量評價標準。在公共的圓像以及視頻的主觀數據庫上的測試結果證明了這個簡單的評價標準的有效性。因此，我們把這個簡單的質量標準應用于視頻編碼系統中。它可以在同樣的碼率下提供更高主觀質量的視頻。第三部分我們討論具有部分參考信息的圖像質量評價。我們通過描迷重組后的離散余弦變換域的系數的統計分布來衡量圖像的主觀質量。提出的評價標準發掘了相鄰的離散余弦系數的相同統計特性，相鄰的重組離散余弦系數的互信息，以及圖像的能量在不同頻率下的分布。實驗結果證明我們提出的質量標準河以超越其他的具有部分參考信息的質量評價標準，甚至還超過了具有完全參考信息的質量評價標準。而且，提取的特征很容易被編碼以及隱藏到圖像中以便于在圖像通訊中進行質量監控。第四部分我們討論具有部分參考信息的視頻質量評價。我們提取的特征可以很好的描迷空間域的信息失，和時間域的相鄰兩幀間的直方圖的統計特性。在視頻主觀質量的數據庫上的實驗結果，也證明了提出的方法河以超越其他代表性的視頻質量評價標準，甚至是具有完全參考信息的質量評價標準， 譬如PSNR以及SSIM 。我們的方法只需要很少的特征來描迷每一幀視頻圖像。對于每一幀圖像，一個特征用于描迷空間域的特點，另外三個特征用于描述時間域的特點。考慮到計算的復雜度以及壓縮特征所需要的碼率，提出的方法河以很簡單的在視頻的傳輸過程中監控視頻的質量。之前的四部分提到的主觀質量評價標準主要集中在傳統的失真上面， 譬如JPEG 圖像壓縮， H.264視頻壓縮。在最后一部分，我們討論在圖像跟視頻的retargeting過程中的失真。現如今，隨著消費者電子的發展，視覺信號需要在不同分辨率的顯示設備上進行通訊交互。因此， retargeting的算法把同一個原始圖像適應于不同的分辨率的顯示設備。這樣的過程就會引入圖像的失真。我們研究了對于retargeting圖像主觀質量的測試者的分數，從三個方面進行討論測試者對于retargeting圖像失真的反應.圖像retargeting的尺度，圖像retargeting的算法，原始圖像的內容特性。通過大量的主觀實驗測試，我們構建了一個關于圖像retargeting的主觀數據庫。基于這個主觀數據庫，我們評價以及分析了幾個具有代表性的質量評價標準。Visual signals, including images, videos, etc., are affected by a wide variety of distortions during acquisition, compression, storage, processing, transmission, and reproduction processes, which result in perceptual quality degradation. As a result, perceptual quality assessment plays a very important role in today's visual signal processing and communication systems. In this thesis, quality assessment algorithms for evaluating the visual signal perceptual quality, as well as the applications on visual signal processing and communications, are investigated. The work consists of five parts as briefly summarized below.The first part focuses on the full-reference (FR) image quality assessment. The properties of the human visual system (HVS) are firstly investigated. Specifically, the visual horizontal effect (HE) and saliency properties over the structural distortions are modelled and incorporated into the structure similarity index (SSIM). Experimental results show significantly improved performance in matching the subjective ratings. Inspired by the developed FR image metric, a perceptual image compression scheme is developed, where the adaptive block-based super-resolution directed down-sampling is proposed. Experimental results demonstrated that the proposed image compression scheme can produce higher quality images in terms of both objective and subjective qualities, compared with the existing methods.The second part concerns the FR video quality assessment. The adaptive block-size transform (ABT) based just-noticeable difference (JND) for visual signals is investigated by considering the HVS characteristics, e.g., spatio-temporal contrast sensitivity function (CSF), eye movement, texture masking, spatial coherence, temporal consistency, properties of different block-size transforms, etc. It is verified that the developed ABT based JND can more accurately depict the HVS property, compared with the state-of-the-art JND models. The ABT based JND is thereby utilized to develop a simple perceptual quality metric for visual signals. Validations on the image and video subjective quality databases proved its effectiveness. As a result, the developed perceptual quality metric is employed for perceptual video coding, which can deliver video sequences of higher perceptual quality at the same bit-rates.The third part discusses the reduced-reference (RR) image quality assessment, which is developed by statistically modelling the coe cient distribution in the reorganized discrete cosine transform (RDCT) domain. The proposed RR metric exploits the identical statistical nature of the adjacent DCT coefficients, the mutual information (MI) relationship between adjacent RDCT coefficients, and the image energy distribution among different frequency components. Experimental results demonstrate that the proposed metric outperforms the representative RR image quality metrics, and even the FR quality metric, i.e., peak signal to noise ratio (PSNR). Furthermore, the extracted RR features can be easily encoded and embedded into the distorted images for quality monitoring during image communications.The fourth part investigates the RR video quality assessment. The RR features are extracted to exploit the spatial information loss and the temporal statistical characteristics of the inter-frame histogram. Evaluations on the video subjective quality databases demonstrate that the proposed method outperforms the representative RR video quality metrics, and even the FR metrics, such as PSNR, SSIM in matching the subjective ratings. Furthermore, only a small number of RR features is required to represent the original video sequence (each frame requires only 1 and 3 parameters to depict the spatial and temporal characteristics, respectively). By considering the computational complexity and the bit-rates for extracting and representing the RR features, the proposed RR quality metric can be utilized for quality monitoring during video transmissions, where the RR features for perceptual quality analysis can be easily embedded into the videos or transmitted through an ancillary data channel.The aforementioned perceptual quality metrics focus on the traditional distortions, such as JPEG image compression noise, H.264 video compression noise, and so on. In the last part, we investigate the distortions introduced during the image and video retargeting process. Nowadays, with the development of the consumer electronics, more and more visual signals have to communicate between different display devices of different resolutions. The retargeting algorithm is employed to adapt a source image of one resolution to be displayed in a device of a different resolution, which may introduce distortions during the retargeting process. We investigate the subjective responses on the perceptual qualities of the retargeted images, and discuss the subjective results from three perspectives, i.e., retargeting scales, retargeting methods, and source image content attributes. An image retargeting subjective quality database is built by performing a large-scale subjective study of image retargeting quality on a collection of retargeted images. Based on the built database, several representative quality metrics for retargeted images are evaluated and discussed.Detailed summary in vernacular field only.Detailed summary in vernacular field only.Detailed summary in vernacular field only.Detailed summary in vernacular field only.Detailed summary in vernacular field only.Detailed summary in vernacular field only.Ma, Lin."December 2012."Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2013.Includes bibliographical references (leaves 185-197).Abstract also in Chinese.Dedication --- p.iiAcknowledgments --- p.iiiAbstract --- p.viiiPublications --- p.xiNomenclature --- p.xviiContents --- p.xxivList of Figures --- p.xxviiiList of Tables --- p.xxxChapter 1 --- Introduction --- p.1Chapter 1.1 --- Motivation and Objectives --- p.1Chapter 1.2 --- Subjective Perceptual Quality Assessment --- p.5Chapter 1.3 --- Objective Perceptual Quality Assessment --- p.10Chapter 1.3.1 --- Visual Modelling Approach --- p.10Chapter 1.3.2 --- Engineering Modelling Approach --- p.15Chapter 1.3.3 --- Perceptual Subjective Quality Databases --- p.19Chapter 1.3.4 --- Performance Evaluation --- p.21Chapter 1.4 --- Thesis Contributions --- p.22Chapter 1.5 --- Organization of the Thesis --- p.24Chapter I --- Full Reference Quality Assessment --- p.26Chapter 2 --- Full Reference Image Quality Assessment --- p.27Chapter 2.1 --- Visual Horizontal Effect for Image Quality Assessment --- p.27Chapter 2.1.1 --- Introduction --- p.27Chapter 2.1.2 --- Proposed Image Quality Assessment Framework --- p.28Chapter 2.1.3 --- Experimental Results --- p.34Chapter 2.1.4 --- Conclusion --- p.36Chapter 2.2 --- Image Compression via Adaptive Block-Based Super-Resolution Directed Down-Sampling --- p.37Chapter 2.2.1 --- Introduction --- p.37Chapter 2.2.2 --- The Proposed Image Compression Framework --- p.38Chapter 2.2.3 --- Experimental Results --- p.42Chapter 2.2.4 --- Conclusion --- p.45Chapter 3 --- Full Reference Video Quality Assessment --- p.46Chapter 3.1 --- Adaptive Block-size Transform based Just-Noticeable Dfference Model for Visual Signals --- p.46Chapter 3.1.1 --- Introduction --- p.46Chapter 3.1.2 --- JND Model based on Transforms of Different Block Sizes --- p.48Chapter 3.1.3 --- Selection Strategy Between Transforms of Different Block Sizes --- p.53Chapter 3.1.4 --- JND Model Evaluation --- p.56Chapter 3.1.5 --- Conclusion --- p.60Chapter 3.2 --- Perceptual Quality Assessment --- p.60Chapter 3.2.1 --- Experimental Results --- p.62Chapter 3.2.2 --- Conclusion --- p.64Chapter 3.3 --- Motion Trajectory Based Visual Saliency for Video Quality Assessment --- p.65Chapter 3.3.1 --- Motion Trajectory based Visual Saliency for VQA --- p.66Chapter 3.3.2 --- New Quaternion Representation (QR) for Each frame --- p.66Chapter 3.3.3 --- Saliency Map Construction by QR --- p.67Chapter 3.3.4 --- Incorporating Visual Saliency with VQAs --- p.68Chapter 3.3.5 --- Experimental Results --- p.69Chapter 3.3.6 --- Conclusion --- p.72Chapter 3.4 --- Perceptual Video Coding --- p.72Chapter 3.4.1 --- Experimental Results --- p.75Chapter 3.4.2 --- Conclusion --- p.76Chapter II --- Reduced Reference Quality Assessment --- p.77Chapter 4 --- Reduced Reference Image Quality Assessment --- p.78Chapter 4.1 --- Introduction --- p.78Chapter 4.2 --- Reorganization Strategy of DCT Coefficients --- p.81Chapter 4.3 --- Relationship Analysis of Intra and Inter RDCT subbands --- p.83Chapter 4.4 --- Reduced Reference Feature Extraction in Sender Side --- p.88Chapter 4.4.1 --- Intra RDCT Subband Modeling --- p.89Chapter 4.4.2 --- Inter RDCT Subband Modeling --- p.91Chapter 4.4.3 --- Image Frequency Feature --- p.92Chapter 4.5 --- Perceptual Quality Analysis in the Receiver Side --- p.95Chapter 4.5.1 --- Intra RDCT Feature Difference Analysis --- p.95Chapter 4.5.2 --- Inter RDCT Feature Difference Analysis --- p.96Chapter 4.5.3 --- Image Frequency Feature Difference Analysis --- p.96Chapter 4.6 --- Experimental Results --- p.98Chapter 4.6.1 --- Efficiency of the DCT Reorganization Strategy --- p.98Chapter 4.6.2 --- Performance of the Proposed RR IQA --- p.99Chapter 4.6.3 --- Performance of the Proposed RR IQA over Each Individual Distortion Type --- p.105Chapter 4.6.4 --- Statistical Significance --- p.107Chapter 4.6.5 --- Performance Analysis of Each Component --- p.109Chapter 4.7 --- Conclusion --- p.111Chapter 5 --- Reduced Reference Video Quality Assessment --- p.113Chapter 5.1 --- Introduction --- p.113Chapter 5.2 --- Proposed Reduced Reference Video Quality Metric --- p.114Chapter 5.2.1 --- Reduced Reference Feature Extraction from Spatial Perspective --- p.116Chapter 5.2.2 --- Reduced Reference Feature Extraction from Temporal Perspective --- p.118Chapter 5.2.3 --- Visual Quality Analysis in Receiver Side --- p.121Chapter 5.3 --- Experimental Results --- p.123Chapter 5.3.1 --- Consistency Test of the Proposed RR VQA over Compressed Video Sequences --- p.124Chapter 5.3.2 --- Consistency Test of the Proposed RR VQA over Video Sequences with Simulated Distortions --- p.126Chapter 5.3.3 --- Performance Evaluation of the Proposed RR VQA on Compressed Video Sequences --- p.129Chapter 5.3.4 --- Performance Evaluation of the Proposed RR VQA on Video Sequences Containing Transmission Distortions --- p.133Chapter 5.3.5 --- Performance Analysis of Each Component --- p.135Chapter 5.4 --- Conclusion --- p.137Chapter III --- Retargeted Visual Signal Quality Assessment --- p.138Chapter 6 --- Image Retargeting Perceptual Quality Assessment --- p.139Chapter 6.1 --- Introduction --- p.139Chapter 6.2 --- Preparation of Database Building --- p.142Chapter 6.2.1 --- Source Image --- p.142Chapter 6.2.2 --- Retargeting Methods --- p.143Chapter 6.2.3 --- Subjective Testing --- p.146Chapter 6.3 --- Data Processing and Analysis for the Database --- p.150Chapter 6.3.1 --- Processing of Subjective Ratings --- p.150Chapter 6.3.2 --- Analysis and Discussion of the Subjective Ratings --- p.153Chapter 6.4 --- Objective Quality Metric for Retargeted Images --- p.162Chapter 6.4.1 --- Quality Metric Performances on the Constructed Image Retargeting Database --- p.162Chapter 6.4.2 --- Subjective Analysis of the Shape Distortion and Content Information Loss --- p.165Chapter 6.4.3 --- Discussion --- p.167Chapter 6.5 --- Conclusion --- p.169Chapter 7 --- Conclusions --- p.170Chapter 7.1 --- Conclusion --- p.170Chapter 7.2 --- Future Work --- p.173Chapter A --- Attributes of the Source Image --- p.176Chapter B --- Retargeted Image Name and the Corresponding Number --- p.179Chapter C --- Source Image Name and the Corresponding Number --- p.183Bibliography --- p.18

Robust light field watermarking with high spatial and angular fidelity

El término ocultación de información se refiere típicamente a la inserción secreta de datos en una señal anfitriona. La señal anfitriona puede ser una imagen, un archivo de audio, un video,... Las técnicas de ocultación de información se dividen generalmente en marca de agua digital, esteganografía y criptografía. Si la propia existencia del mensaje secreto incrustado debe permanecer en secreto, entonces el método de ocultación de información se conoce como esteganografía. Por el contrario, en la marca de agua digital, el usuario es consciente de la existencia del mensaje secreto. A diferencia de la esteganografía y la marca de agua, existe otra categoría de ocultación de información que cifra el mensaje secreto sin insertarlo en una señal anfitriona. Estos métodos se conocen como criptografía en la literatura técnica especializada. Los métodos de ocultación de información se han utilizado durante milenios. A modo de ejemplo, es conocido que Heródoto (485-525 a.c.) ya cita que Histiaeus, el gobernante de Mileto por designación del rey de reyes persa Darío El Grande estaba conspirando para derrocar el imperio persa. Sin embargo, nunca quiso levantar ninguna sospecha entre los que eran leales al rey de reyes ni perder la confianza que el rey Darío había depositado en él. Por ello, para instigar la revuelta Histiaeus afeitó la cabeza de uno de sus esclavos y tatuó un mensaje secreto sobre su cuero cabelludo. Tras dejar crecer el pelo del sirviente, éste viajó sin despertar sospechas hasta el destinatario del mensaje. En la era reciente, la esteganografía se usa ampliamente para la comunicación encubierta. En la esteganografía, la señal anfitriona se usa simplemente para transmitir un mensaje secreto importante. La señal anfitriona no importa por sí misma, pero es de suma importancia no llamar la atención de los expertos en seguridad. La señal anfitriona generalmente se elige entre los medios típicos que no causan sospechas. Es por eso que el mensaje transmitido no está encriptado en esteganografía. En otras palabras, un mensaje cifrado hace sonar inmediatamente las alarmas, pero es menos probable que un mensaje sin cifrar llame la atención. Como ejemplo, se cuenta que en 1966, el comandante en jefe estadounidense Jeremiah Denton se vio obligado a participar en una entrevista televisiva que se transmitió en Estados Unidos. Fingiendo sentirse incómodo con las luces cegadoras de la televisión, parpadeó en código Morse deletreando la palabra "T-O-R-T-U-R-E". Al igual que la marca de agua, el rápido crecimiento de la comunicación por Internet ha proporcionado un medio perfecto para que los sistemas de esteganografía transmitan los datos ocultos sin causar sospechas graves. A diferencia de la esteganografía, los métodos de marca de agua digitales pueden no tener ningún deseo de ocultar la existencia del mensaje incrustado. La marca de agua se define como la inserción imperceptible del mensaje secreto en la señal anfitriona. Esto es exactamente lo contrario de lo que ocurre en la esteganografía, en la que la señal anfitriona no tiene importancia real y se usa simplemente como cobertura. La marca de agua digital se usa ampliamente para la protección de derechos de autor, autenticación, detección/corrección de errores, comunicación encubierta y monitoreo de transmisiones. Se espera que cada plataforma de marca de agua: • Incruste tanta información como sea posible. El envío de información secreta es el principal motivo de explotación de las técnicas de marca de agua. Esto es especialmente importante en la comunicación encubierta. • Genere una marca de agua lo más imperceptible posible sobre la señal anfitriona. La diferencia detectable entre la propia anfitriona y la anfitriona tras el marcado anula el propósito de la marca de agua. • Sea lo más robusto posible contra ataques sobre la señal anfitriona. En el contexto de las marcas de agua, el ataque se refiere a cualquier alteración intencionada o no de los valores de la señal marcada. Obviamente, la realización perfecta de estas tres características sigue siendo un desafío y, dependiendo de la aplicación, se puede priorizar una o dos de estas características. El rápido crecimiento de la demanda de marcas de agua puede contribuir razonablemente a la creciente preocupación por la protección de los derechos de autor en las últimas décadas. A pesar de las enormes oportunidades que ofrece Internet para compartir la información a gran escala, la duplicación ilegal, la manipulación y el intercambio de información ha aumentado sin descanso. Esto impone serias preocupaciones a los autores y editores que dedican mucho tiempo y esfuerzo a la creación de contenidos. El rápido desarrollo de los métodos de marca de agua fue una respuesta prevista a la implacable tendencia al alza de la piratería. La marca de agua ha desempeñado un papel activo en la protección de los derechos de autor, la detección de manipulaciones, la autenticación y la comunicación encubierta. El número de artículos de investigación publicados sobre marcas de agua muestra la importancia absoluta de las marcas de agua en nuestra era. Otra categoría de ocultación de información es la criptografía, que se define básicamente como un método para proteger la información y las comunicaciones mediante el uso de códigos, de modo que solo los lectores autorizados pueden decodificar y leer el mensaje. Así, en criptografía el mensaje secreto se implementa sin usar señal de cobertura. La mayoría de los sistemas criptográficos utilizan conceptos matemáticos y un conjunto de cálculos basados en reglas. El contenido se cifra y se proporciona una clave de descifrado solo a los receptores autorizados. El contenido cifrado se transmite a través de Internet, pero los receptores no autorizados difícilmente pueden descifrar el contenido codificado. A diferencia de la marca de agua, el cifrado no tiene ningún control sobre la redistribución del contenido descifrado por parte del usuario autorizado. Puede ser que un cliente compre una clave de descifrado válida y, después del descifrado, redistribuya el contenido de forma masiva. Por lo tanto, la criptografía puede proteger el contenido antes del descifrado, pero una vez descifrado, el contenido no tiene más protección. Cabe mencionar que los sistemas de cifrado cifran el mensaje secreto y la existencia del mensaje secreto es clara. Por el contrario, los sistemas esteganográficos están optimizados específicamente para ocultar la existencia del mensaje secreto. Dependiendo de la aplicación, los sistemas de marca de agua pueden ocultar la existencia de la marca de agua o en algunos casos hacer pública la existencia de la marca de agua. Como el ámbito de esta tesis pertenece a la marca de agua, la esteganografía y la criptografía no se tratan más a fondo. Además, centraremos el contenido en el uso de señales anfitrionas tipo imagen. Según el dominio en el que se realiza la marca de agua, los métodos de marca de agua se dividen en métodos de dominio espacial y métodos de dominio de transformación. Los métodos de dominio espacial alteran los valores de los píxeles en el dominio espacial y, en comparación con el dominio de transformación, normalmente implican una complejidad computacional mucho menor. Por el contrario, el dominio de transformación primero convierte los píxeles de la imagen en el dominio de transformación. Los píxeles transformados a menudo se denominan coeficientes en la literatura. Aparentemente, dicha transformación puede ser costosa desde el punto de vista computacional, pero el compromiso es que la robustez suele ser mayor que la de los métodos de dominio espacial. Normalmente, se aplica una transformación directa en la imagen y, después de la inserción de la marca de agua, se aplica una transformación inversa para recuperar la imagen con marca de agua en el dominio espacial. Algunas transformaciones comunes en la literatura de marcas de agua son (pero no se limitan a) la transformada de coseno discreta (DCT), transformada de ondícula (wavelet) discreta (DWT), Contourlet, Curvelet, Ridgelet, análisis de componentes principales (PCA), transformada de Karhunen-Loeve (KLT) y descomposición en valor singulares (SVD). Algunos otros métodos utilizan tanto el dominio espacial como el dominio de transformación para implementar la marca de agua. Estos enfoques a menudo se denominan métodos híbridos en la bibliografía. Si no se requiere información previa de la imagen anfitriona para la extracción de la marca de agua, entonces el método de marca de agua se conoce como ciego; de lo contrario, se denomina no ciego. Si se utiliza alguna información secundaria (no la imagen anfitriona) para la extracción de la marca de agua, el método de marca de agua se denomina semi-ciego. Si la imagen anfitriona se puede recuperar después de la extracción de la marca de agua, el método se denomina de marcado reversible; de lo contrario, se conoce como método de marca de agua irreversible. En los últimos años, el campo luminoso (lightfield, LF) se ha utilizado cada vez más para la representación de imágenes 3D. Básicamente, el LF es una función vectorial que describe la cantidad de luz que fluye en todas direcciones a través de cada punto del espacio. Michael Faraday fue el primero en proponer (en una conferencia de 1846 titulada "Pensamientos sobre las vibraciones de los rayos") que la luz debería interpretarse como un campo, muy parecido a los campos magnéticos en los que había estado trabajando durante varios años. La denominación “campo luminoso” fue acuñada por Andrey Gershun en un artículo clásico de 1936 sobre las propiedades radiométricas de la luz en el espacio tridimensional. Desde un punto de vista óptico-geométrico, todo lo que percibimos visualmente, está iluminado por los rayos provenientes de fuentes de luz que se propagan a través del espacio hasta llegar a nuestro ojo. Básicamente, el LF describe la intensidad de cada rayo de luz en la escena en función del ángulo visual, la longitud de onda, el tiempo y la posición de visualización. Así, registra todo lo que potencialmente puede ser visto por un dispositivo óptico omnidireccional que es (supuestamente) capaz de capturar cada rayo del espacio. Levoy y Hanrahan definieron el LF como la función que describe la totalidad de los rayos de luz que atraviesan un volumen 3D dado. En otras palabras, el LF puede entenderse como la descripción de un conjunto denso de rayos de luz, cada uno de los cuales se origina en el vértice de un cono. Cada punto de un volumen 3D se considera como el vértice de un cono que transmite un número infinito de rayos con diferentes inclinaciones. Así, aparte del tiempo y la longitud de onda, el LF se representa típicamente usando cinco parámetros: posición del punto considerado (3 coordenadas espaciales) y dirección del rayo (2 ángulos directores). En realidad, la invariancia en propagación de los rayos (de acuerdo con la Óptica Geométrica), permite reducir su dimensional a 4D. Convencionalmente, a los valores obtenidos para un punto fijo del espacio en función de las 2 coordenadas angulares se le denomina imagen elemental (EI). Si (idealmente) se proporciona el LF de una escena, entonces es posible reconstruir la misma escena 3D sin pérdida de información. En la práctica, lo que realmente se captura en el mundo real es una submuestra del LF, no el conjunto completo de todos los rayos de la escena. Los dispositivos usados en esta captura se denominan de modo genérico cámaras LF. La principal diferencia entre una cámara LF y una convencional es que la primera captura los rayos individuales que inciden en un punto determinado del sensor de captura, mientras que la segunda registra la suma de todos los rayos que inciden en un punto específico del sensor. Esto facilita la reconstrucción 3D precisa de la escena recuperando los rayos individuales. El LF se puede adquirir de varias formas. En la configuración multicámara, se usa una matriz de cámaras 2D. En este caso, las dimensiones espaciales del LF están determinadas por las características intrínsecas de las cámaras, mientras que las dimensiones angulares están determinadas por el número y la disposición de las cámaras. Las cámaras pueden estar distribuidas en superficie plana, circular, rectangular o esférica. Esta configuración suele ser costosa y voluminosa. Además, la calibración de las cámaras puede llevar bastante tiempo. Otra alternativa es capturar el LF deslizando una sola cámara horizontal y verticalmente. A diferencia del sistema multicámara, la configuración de una sola cámara es mucho más barata y puede grabar el LF con mayor densidad. Sin embargo, la adquisición de LF por una sola cámara lleva mucho más tiempo que la de varias cámaras, lo que prácticamente hace que sea imposible grabar escenas dinámicas. Las cámaras LF estáticas también se pueden utilizar para capturar el LF. En ellas se emplea un único sensor estático y alguna distribución espacial de lentes (típicamente, una matriz de microlentes) para muestrear el LF. A pesar de los numerosos métodos propuestos para la marca de agua sobre el LF, ninguno de ellos está adaptado para proteger la enorme cantidad de información angular incorporada en el LF. Se trata en todos los casos de aplicar los algoritmos ya desarrollados sobre imágenes 2D al LF con sus 4 dimensiones. El principal objetivo de esta tesis es lograr métodos de marca de agua LF maximizando la protección de la información espacial y angular al mismo tiempo. Según el conocimiento del autor, hay muy pocos trabajos que aborden los métodos de marca de agua personalizados para LF. Algunos artículos también han discutido la marca de agua de objetos 3D y el video de visualización libre, que, aunque con similitudes, es bastante diferente de la marca de agua sobre el LF. Cualquier método propuesto para la marca de agua del LF deberá tener sumo cuidado de no arruinar ni la información espacial ni angular del LF. A través de esta tesis se han propuesto dos métodos de marca de agua. El primer método propuesto se basa en la DCT y la SVD, y trata de aprovechar el hecho de que los datos de LF generalmente tienen una correlación muy alta en las dimensiones espaciales y espectrales. Se supone que cualquier transformada como la DCT compacta la información en unos pocos coeficientes al proporcionar una descorrelación máxima. La transformada DCT es una aproximación de la KLT que descorrelaciona perfectamente los coeficientes. A diferencia de la base de funciones de la KLT, que dependen de la señal de entrada, las funciones base de la DCT están fijadas. Aunque la descorrelación de la DCT puede ser ligeramente menor que la de KLT y la descorrelación alcanzada es marginalmente menor, su costo computacional es menor debido a la eliminación del tedioso cálculo de las funciones básicas de la KLT. Además, en comparación con otras transformadas como la transformada de Fourier, los coeficientes transformados no tienen parte imaginaria y, por lo tanto, requieren menos datos para procesar. El hecho de que la DCT compacta la energía de la señal en pocos coeficientes lo hace muy interesante para la compresión y la marca de agua. En este primer método propuesto, se parte del LF anfitrión y de una clave secreta como entrada. Según la clave secreta, para cada píxel de la marca de agua se seleccionan bloques de píxeles del LF original, a los que se aplica la DCT. Los coeficientes de los bloques transformados se ordenan en zigzag y se eligen los primeros coeficientes para incrustar la marca de agua. La razón de no incrustar la marca de agua en todos los coeficientes DCT es aumentar la robustez del método propuesto. Es bien sabido en la literatura que los coeficientes de baja frecuencia mejoran la robustez del método de marca de agua y los coeficientes de alta frecuencia son extremadamente propensos al ruido y otros ataques. Después de elegir los coeficientes DCT seleccionados, se factorizan utilizando la SVD. El valor singular correspondiente se utiliza para incrustar la marca de agua (el valor la marca de agua en el píxel considerado en la clave secreta). Cada bloque lleva un bit de la marca de agua. Según el bit de marca de agua, el valor singular aumenta o disminuye. El incremento o decremento del valor singular se determina mediante el factor de ganancia. Se requerirá el valor singular en el procedimiento de extracción para que se guarde en la imagen de referencia. Luego, se realiza la SVD inversa para obtener los coeficientes DCT del LF con marca de agua. Para generar el LF con marca de agua en el dominio espacial, se lleva a cabo la DCT inversa. Este proceso se repite hasta que todos los bits de marca de agua se incrustan en el LF del host. Para extraer la marca de agua incrustada, se necesitan el LF con marca de agua, la imagen de referencia y la clave secreta. La clave secreta utilizada para la extracción de la marca de agua tiene que ser idéntica a la del procedimiento de incrustación, de lo contrario, la extracción de la marca de agua incrustada fallará. Si se introduce la clave secreta correcta en el sistema de extracción, los bloques correspondientes se ordenan a partir de los píxeles del LF marcado. La DCT y la SVD se realizan exactamente de la misma manera que para el procedimiento de inclusión. A continuación, el valor singular se compara con el valor correspondiente de la imagen de referencia. Si el valor singular es mayor que el valor correspondiente de la imagen de referencia, el bit de marca de agua extraído se considera uno; de lo contrario, se asume que es cero. La lógica detrás de este argumento es que si el bit de marca de agua incrustado es cero, entonces el valor singular ha disminuido por el factor de ganancia. Por el contrario, si el bit de marca de agua incrustado es uno, entonces el valor singular se ha incrementado en el factor de ganancia. Por tanto, el bit de marca de agua incrustado se puede extraer comparando el valor singular y el píxel correspondiente de la imagen de referencia. Después de extraer la marca de agua incrustada, los coeficientes DCT del bloque con marca de agua se obtienen mediante la SVD inversa. Antes de aplicar la SVD inversa, el valor singular del bloque con marca de agua se reemplaza con el píxel correspondiente de la imagen de referencia. Posteriormente, se aplica la DCT inversa a los coeficientes DCT para obtener el LF del anfitrión recuperado. Este proceso se repite hasta que se extraen todos los bits de la marca de agua. La transparencia del LF con marca de agua se ha verificado objetiva y subjetivamente. Subjetivamente, el LF con marca de agua y el anfitrión parecían idénticos y no se detectó ninguna diferencia visual entre los dos campos de luz. Para garantizar la transparencia absoluta del LF con marca de agua, las partes de alta frecuencia del LF se han ampliado y no se encontraron diferencias visuales. Desde una perspectiva objetiva, la relación señal pico-ruido PSNR de la imagen con marca de agua fue mucho más que suficiente para permitir la detección de cualquier diferencia por el sistema visual humano (HVS) de acuerdo con los criterios objetivos establecidos en la literatura especializada. A diferencia de la mayoría de los métodos de marca de agua, la tasa de error de bits (BER) sobre la marca de agua recuperada permanece en cero independientemente de la intensidad del marcado y la marca de agua incrustada se puede extraer sin errores. Otra métrica que se utiliza para evaluar el rendimiento del método propuesto de manera objetiva es la similitud estructural media (MSSIM). La premisa básica de la MSSIM es que la percepción por el HVS de la calidad de la imagen se ve muy afectada por la similitud estructural del contenido de la imagen en lugar de los valores absolutos de los píxeles. También incorpora la intensidad media y el contraste de la imagen, que desempeñan un papel clave en la percepción de la calidad de la imagen por parte del HVS. La MSSIM siempre se mantiene por encima del $99 \%$ en los experimentos realizados. La robustez del método propuesto se ha medido frente al ruido gaussiano, la compresión JPEG y el filtrado de mediana. El método propuesto muestra una buena robustez frente a los ataques antes mencionados. Las simulaciones realizadas confirman la absoluta necesidad de utilizar pocos coeficientes DCT. Aunque el LF con marca de agua puede degradarse predominantemente por el ruido, la marca de agua se puede extraer. Como la mayor parte de la energía de la señal se concentra en coeficientes de baja frecuencia de la DCT, proporcionan más robustez frente al ruido gaussiano. Esta hipótesis se confirma completamente con las simulaciones. Las simulaciones también mostraron la importancia absoluta de la explotación de la DCT. La exclusión de la DCT conduce a resultados catastróficos. El método propuesto también exhibe una buena robustez contra el filtrado de mediana y la compresión JPEG, específicamente para el factor de calidad más común de % 100 \% $. Para la justificación de la propuesta del segundo método de marcado, es interesante seguir el siguiente razonamiento. Aunque la DCT se usa ampliamente en la compresión de imágenes/video y marcas de agua, el supuesto subyacente es la independencia de los bloques adyacentes, ya que se comprime cada bloque por separado. Esto provoca artefactos notables, especialmente en velocidades de refresco bajas. Por el contrario, la DWT se aplica globalmente y no introduce artefactos de bloque. Como era de esperar, existe una similitud visual sustancial entre las EI vecinas en las direcciones horizontal, vertical y diagonal. En otras palabras, cada EI tiene una correlación mucho más alta con las EIs vecinas que con las demás. Nos referimos a la correlación de los píxeles de la misma EI como intracorrelación, mientras que la correlación entre las IE se denomina

Robust Logo Watermarking

Digital image watermarking is used to protect the copyright of digital images. In this thesis, a novel blind logo image watermarking technique for RGB images is proposed. The proposed technique exploits the error correction capabilities of the Human Visual System (HVS). It embeds two different watermarks in the wavelet/multiwavelet domains. The two watermarks are embedded in different sub-bands, are orthogonal, and serve different purposes. One is a high capacity multi-bit watermark used to embed the logo, and the other is a 1-bit watermark which is used for the detection and reversal of geometrical attacks. The two watermarks are both embedded using a spread spectrum approach, based on a pseudo-random noise (PN) sequence and a unique secret key. Robustness against geometric attacks such as Rotation, Scaling, and Translation (RST) is achieved by embedding the 1-bit watermark in the Wavelet Transform Modulus Maxima (WTMM) coefficients of the wavelet transform. Unlike normal wavelet coefficients, WTMM coefficients are shift invariant, and this important property is used to facilitate the detection and reversal of RST attacks. The experimental results show that the proposed watermarking technique has better distortion parameter detection capabilities, and compares favourably against existing techniques in terms of robustness against geometrical attacks such as rotation, scaling, and translation

Attitudes towards old age and age of retirement across the world: findings from the future of retirement survey

The 21st century has been described as the first era in human history when the world will no longer be young and there will be drastic changes in many aspects of our lives including socio-demographics, financial and attitudes towards the old age and retirement. This talk will introduce briefly about the Global Ageing Survey (GLAS) 2004 and 2005 which is also popularly known as “The Future of Retirement”. These surveys provide us a unique data source collected in 21 countries and territories that allow researchers for better understanding the individual as well as societal changes as we age with regard to savings, retirement and healthcare. In 2004, approximately 10,000 people aged 18+ were surveyed in nine counties and one territory (Brazil, Canada, China, France, Hong Kong, India, Japan, Mexico, UK and USA). In 2005, the number was increased to twenty-one by adding Egypt, Germany, Indonesia, Malaysia, Poland, Russia, Saudi Arabia, Singapore, Sweden, Turkey and South Korea). Moreover, an additional 6320 private sector employers was surveyed in 2005, some 300 in each country with a view to elucidating the attitudes of employers to issues relating to older workers. The paper aims to examine the attitudes towards the old age and retirement across the world and will indicate some policy implications

No-reference Stereoscopic Image Quality Assessment Using Natural Scene Statistics

We present two contributions in this work: (i) a bivariate generalized Gaussian distribution (BGGD) model for the joint distribution of luminance and disparity subband coefficients of natural stereoscopic scenes and (ii) a no-reference (NR) stereo image quality assessment algorithm based on the BGGD model. We first empirically show that a BGGD accurately models the joint distribution of luminance and disparity subband coefficients. We then show that the model parameters form good discriminatory features for NR quality assessment. Additionally, we rely on the previously established result that luminance and disparity subband coefficients of natural stereo scenes are correlated, and show that correlation also forms a good feature for NR quality assessment. These features are computed for both the left and right luminance-disparity pairs in the stereo image and consolidated into one feature vector per stereo pair. This feature set and the stereo pair׳s difference mean opinion score (DMOS) (labels) are used for supervised learning with a support vector machine (SVM). Support vector regression is used to estimate the perceptual quality of a test stereo image pair. The performance of the algorithm is evaluated over popular databases and shown to be competitive with the state-of-the-art no-reference quality assessment algorithms. Further, the strength of the proposed algorithm is demonstrated by its consistently good performance over both symmetric and asymmetric distortion types. Our algorithm is called Stereo QUality Evaluator (StereoQUE)

Contourlet Domain Image Modeling and its Applications in Watermarking and Denoising

Statistical image modeling in sparse domain has recently attracted a great deal of research interest. Contourlet transform as a two-dimensional transform with multiscale and multi-directional properties is known to effectively capture the smooth contours and geometrical structures in images. The objective of this thesis is to study the statistical properties of the contourlet coefficients of images and develop statistically-based image denoising and watermarking schemes. Through an experimental investigation, it is first established that the distributions of the contourlet subband coefficients of natural images are significantly non-Gaussian with heavy-tails and they can be best described by the heavy-tailed statistical distributions, such as the alpha-stable family of distributions. It is shown that the univariate members of this family are capable of accurately fitting the marginal distributions of the empirical data and that the bivariate members can accurately characterize the inter-scale dependencies of the contourlet coefficients of an image. Based on the modeling results, a new method in image denoising in the contourlet domain is proposed. The Bayesian maximum a posteriori and minimum mean absolute error estimators are developed to determine the noise-free contourlet coefficients of grayscale and color images. Extensive experiments are conducted using a wide variety of images from a number of databases to evaluate the performance of the proposed image denoising scheme and to compare it with that of other existing schemes. It is shown that the proposed denoising scheme based on the alpha-stable distributions outperforms these other methods in terms of the peak signal-to-noise ratio and mean structural similarity index, as well as in terms of visual quality of the denoised images. The alpha-stable model is also used in developing new multiplicative watermark schemes for grayscale and color images. Closed-form expressions are derived for the log-likelihood-based multiplicative watermark detection algorithm for grayscale images using the univariate and bivariate Cauchy members of the alpha-stable family. A multiplicative multichannel watermark detector is also designed for color images using the multivariate Cauchy distribution. Simulation results demonstrate not only the effectiveness of the proposed image watermarking schemes in terms of the invisibility of the watermark, but also the superiority of the watermark detectors in providing detection rates higher than that of the state-of-the-art schemes even for the watermarked images undergone various kinds of attacks