Ocena rezultatów

Podsumowując zaprezentowane w poprzednim podrozdziale wyniki badań eksperymen-talnych warto dokonać oceny zaproponowanego rozwiązania i jego oryginalności na tle innych badań w tej dziedzinie. Pierwsze na co powinno się zwrócić uwagę to fakt, że mimo iż opracowany algorytm wykorzystuje stosowaną dotychczas także w znakowaniu wodnym dziedzinę składowych niezależnych obrazu, to jednak, zgodnie z wiedzą autorki, po raz pierwszy łączy ją z biometrycznymi znakami wodnymi. Wybór akurat tej dziedziny był podyktowany jej ciekawymi właściwościami, głównie niezależnością otrzymywanych

4.3. Opis i wyniki przeprowadzonych eksperymentów 98

komponentów bazowych, które stwarzały możliwość ukrycia w nich w sposób niewidoczny więcej niż jednego znaku wodnego. W związku z tym należało tak dobrać metody kon-strukcji obu znaków wodnych oraz opracować sposoby ich umieszczania w poszczególnych komponentach, aby wydobywane znaki wodne nie traciły swojej użyteczności biometrycz-nej. Dlatego też procedurę osadzania znaków wodnych dostosowano do własności otrzy-manych komponentów bazowych, tj. do bardziej odpornego komponentu wstawiany był cały obraz odcisku palca, podczas gdy w mniej odpornym komponencie, zawierającym tylko szczegóły obrazu, był umieszczony mniejszy i prostszy znak wodny.

Kolejną zaletą proponowanego rozwiązania jest fakt, że ponieważ obydwa biometryczne znaki wodne miały różne reprezentacje i były wstawiane do niezależnych komponentów, procedura znakowania wodnego (z atakami lub bez) w różny sposób wpływała na te znaki. Miało to szczególne znaczenie z uwagi na fakt, że nawet jeżeli jakość jednego ze znaków wodnych uległa znacznemu pogorszeniu, to dobre wyniki weryfikacji mogły być osiągane dla drugiego znaku wodnego. Dodatkową konsekwencją tych zależności była jesz-cze większa niezależność znaków wodnych od siebie nawzajem, co zostało wykorzystane podczas łączenia informacji dostarczanych przez obie biometryki za pomocą ważonej su-my miar dopasowania uwzględniającej specjalnie dobraną do danych wagę. Taki dobór metod umieszczania znaków wodnych doprowadził do tego, że procedura ekstrakcji znaku wodnego W 2 nie wymaga dostarczenia żadnych danych oryginalnych, i mimo iż do eks-trakcji W 1 był używany obraz oryginalny I, to zgodnie z założeniami metody MRICA w przyszłości może on być zastąpiony inną kopią obrazu ze znakiem wodnym. Kolejną zaletą algorytmu jest fakt, że do przeprowadzenia weryfikacji nie potrzebne są oryginalne znaki wodne tylko pobrane od użytkowników dodatkowe próbki obu biometryk, które o ile tylko będą wystarczająco podobne do wyekstrahowanych danych (w terminach biometrycznych progów tolerancji) mogą zapewnić skuteczną weryfikację.

Jeżeli chodzi o ograniczenia zaproponowanego rozwiązania i zakres jego stosowalności, to aktualna wersja algorytmu była testowana tylko dla obrazów oryginalnych i odcisków pal-ców w skali szarości. Ponadto rozmiar znaku wodnego będącego sumą kodu tęczówki oka i jej maski był ponad trzykrotnie mniejszy niż rozmiar komponentu obrazu oryginalnego do

4.3. Opis i wyniki przeprowadzonych eksperymentów 99

którego jest on wstawiany. Należy też zauważyć, że zaprezentowane w poprzedniej sekcji wyniki związane z testowaniem algorytmu w znacznym stopniu zależały od jakości danych biometrycznych oraz zastosowanych procedur ich przetwarzania i porównywania. Mimo iż użyte w badaniu procedury działały dobrze na zbiorach danych dla których je opracowano, nie gwarantowało to podobnych wyników dla danych z bazy SDUMLA-HMT. Stąd istnieje szansa, że dotychczasowe wyniki dałoby się poprawić używając lepiej dostosowanych pro-cedur rozpoznawania biometrycznego i testując je na większym zbiorze danych. Dlatego należy podkreślić, że na obecnym etapie badań kluczowe było zbadanie jak zmienią się wyniki weryfikacji po znakowaniu wodnym w stosunku do danych przed znakowaniem. Na podstawie dotychczasowych rezultatów można stwierdzić, że zaproponowany algorytm nie pogarsza istotnie jakości danych biometrycznych. Z kolei w scenariuszach uwzględniają-cych ataki na obrazy ze znakami wodnym podejmowanie decyzji dotyczącej rozpoznania na podstawie połączonych miar dopasowania znacznie zmniejsza wpływ ataków na wyniki weryfikacji.

W porównaniu do istniejący metod ukrywania danych biometrycznych w obrazach, w szczególności tych opartych na wykorzystaniu tylko jednej biometryki (np. w pracach [3, 25, 77]), podstawową zaletą zaproponowanego w tym rozdziale algorytmu jest oczy-wiście możliwość ukrycia dwóch niezależnych biometryk, które po ekstrakcji mogą być wykorzystane do zmniejszenia błędów rozpoznania. Jako propozycja nowej metody bimo-dalnego znakowania wodnego algorytm ten ma szansę wzbogacić także powstające szcze-gólnie w ostatnim czasie rozwiązania w dziedzinie wielomodalnego znakowania wodnego [21, 33, 75, 76]. Jednak ze względu na szerokie spektrum metod, które łączy w sobie każda z tych metod trudno je porównywać ze sobą, zwłaszcza że używają różnych reprezentacji cech biometrycznych oraz sposobów oceny skuteczności. Niemniej jednak prace [21, 75] zasługują na nieco większą uwagę, ponieważ mimo iż proponują całkiem inne od tego pre-zentowanego pracy podejście, to jednak również opierają się na wykorzystaniu odcisków palców i tęczówek oka. Przede wszystkim obie metody używają binarnych reprezenta-cji danych biometrycznych (zarówno odcisków palców jak i tęczówek oka) i umieszczają znaki wodne w dziedzinie DCT obrazu. W szczególności metoda opisana w [21] wstawia

4.4. Podsumowanie 100

do obrazu tylko jeden znak wodny, powstały z połączenia kodów obu biometryk, a po ekstrakcji jest on ponownie dzielony na dwie sygnatury, które są porównywane z ich oryginalnymi wersjami za pomocą współczynnika korelacji. W [75] oba znaki wodne są wstawiane osobno, ale używając tej samej procedury, tj. modyfikując amplitudę niektórych współczynników obrazu oryginalnego w dziedzinie DCT. Ocena skuteczności algorytmu jest oparta na wynikach weryfikacji dla obu znaków wodnych osobno, natomiast fuzja informacji ma miejsce dopiero na etapie podejmowania decyzji dotyczącej rozpoznania. Na koniec należy zauważyć, że ze względu na wspomnianą już ogromną ilość metod, które łączą w sobie algorytmy biometrycznego znakowania wodnego począwszy od do-boru metod biometrycznych, a na metodach oceny skuteczności algorytmów kończąc, istnieje wiele alternatywnych możliwości rozwiązania także postawionego w tym rozdziale pracy problemu. Dlatego z obecnej perspektywy, gdyby na nowo rozpoczynano pracę nad opracowanym algorytmem, więcej uwagi poświęcono by doborowi metod analizy i rozpoznawania odcisków palców, np. ekstrakcję minucji z wydobytych obrazów odcisków palców mogłoby ułatwić używanie jako znaku wodnego binarnego obrazu linii papilarnych zamiast surowego obrazu w skali szarości. Stąd w perspektywie dalszej pracy nad algo-rytmem bimodalnego znakowania wodnego planuje się nie tylko dopracowanie aspektów związanych z użyciem narzędzi biometrycznych, ale także opracowania takiej wersji algo-rytmu, która do ekstrakcji nie wymaga żadnych danych oryginalnych oraz przetestowania innych metod łączenia informacji dostarczanych przez oba wydobyte znaki wodne. Będzie to przedmiotem dalszych badań naukowych w przyszłości.

4.4. Podsumowanie

Zaproponowany w tym rozdziale pracy algorytm bimodalnego znakowania wodnego sta-nowi nową i ciekawą propozycję rozwiązania, w którym wykorzystując zalety systemów wielomodalnych udało się nie tylko podnieść skuteczność weryfikacji użytkowników obra-zów, ale także uodpornić system na ataki oraz poprawić jego bezpieczeństwo. Otrzymane wyniki eksperymentalne pozwalają wnioskować, iż zaproponowana metoda nie tylko nie prowadzi do istotnego pogorszenia wyników weryfikacji, ale także czyni system bardziej

4.4. Podsumowanie 101

odpornym na słabszą jakość niektórych wykorzystywanych biometryk.

Zaprezentowany algorytm oraz wyniki związane z jego testowaniem potwierdzają, że drugi z celów szczegółowych pracy, którym było opracowanie algorytmu biometrycznego zna-kowania wodnego pozwalającego na wykorzystanie więcej niż jednej biometryki, został w pełni osiągnięty i zgodnie z oczekiwaniami fuzja biometryk wpłynęła korzystnie na osiągnięte wyniki związane z uwierzytelnianiem użytkowników obrazów.

Rozdział 5

Podsumowanie i wnioski

Problematyka podjęta w niniejszej rozprawie doktorskiej dotyczyła zagadnień związanych z metodami biometrycznego znakowania wodnego obrazów cyfrowych, które polegają na zastępowaniu konwencjonalnych znaków wodnych identyfikatorami biometrycznymi. Główną zaletą takich spersonalizowanych znaków wodnych jest ich unikalność i wyni-kająca z niej zdolność do identyfikowania osób bez konieczności pamiętania haseł czy PINów. Z drugiej strony pociąga to za sobą konieczność ewaluacji algorytmów znako-wania wodnego, pod kątem wykorzystania wydobytych danych do celów związanych z rozpoznawaniem właścicieli obrazów. Jednak biorąc pod uwagę, że w każdym systemie biometrycznym takie rozpoznanie obarczone jest błędem, podczas ewaluacji algorytmów biometrycznego znakowania wodnego należy sprawdzić jak przetwarzanie obrazów zwią-zane ze znakowaniem wodnym wpływa na zmiany poziomu błędów rozpoznania wyzna-czonych na podstawie surowych danych biometrycznych. Nie bez znaczenia jest też fakt, że porównywanie danych wyekstrahowanych z całą bazą danych biometrycznych, pozwala bardziej tolerancyjnie spojrzeć na wymagania stawiane algorytmom znakowania wodnego, ponieważ nawet jeżeli jakość wydobytego z obrazu znaku wodnego ulegnie pogorszeniu, to o ile tylko będzie można wyekstrahować z niego istotne z punktu widzenia rozpoznania cechy, nadal będzie on wartościowym źródłem informacji, co ma kluczowe znaczenie w rozważanych zastosowaniach.

Podejmowane w rozprawie problemy badawcze wynikały z dostrzeżenia pewnych niedo-skonałości istniejących rozwiązań w obszarze biometrycznego znakowania wodnego, które