Digitale Bildforensik - Technische Universität Dresden
Digitale Bildforensik - Technische Universität Dresden
Digitale Bildforensik - Technische Universität Dresden
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>Digitale</strong> <strong>Bildforensik</strong><br />
Dem Bildfälscher auf der Spur<br />
Bilder: Andrea Sommer, Doc Baumann<br />
Thomas Gloe &<br />
Matthias Kirchner<br />
TU <strong>Dresden</strong><br />
Lange Nacht der<br />
Wissenschaften<br />
<strong>Dresden</strong>, 18. Juni 2010
” Ein Bild sagt mehr als tausend Worte.“<br />
(Chinesisches Sprichwort)<br />
http://z.about.com/d/architecture/1/5/Z/p/SouthTowerHit.jpg<br />
◮ Bilder sind ein universelles<br />
Kommunikationsmittel, das<br />
jeder versteht ohne eine<br />
bestimmte Sprache sprechen<br />
zu müssen
” Wer die Bilder beherrscht,<br />
beherrscht die Köpfe.“ (Bill Gates)<br />
◮ Wer kontrolliert, welche Bilder<br />
wie, wo und wann veröffentlicht<br />
werden, kann Einfluss auf andere<br />
Menschen ausüben.<br />
◮ Bilder beherrschen heißt auch:<br />
Bilder manipulieren<br />
http://www.museumofhoaxes.com/hoax/photo_database/image/tourist_guy
” Wer die Bilder beherrscht,<br />
beherrscht die Köpfe.“ (Bill Gates)<br />
◮ Wer kontrolliert, welche Bilder<br />
wie, wo und wann veröffentlicht<br />
werden, kann Einfluss auf andere<br />
Menschen ausüben.<br />
◮ Bilder beherrschen heißt auch:<br />
Bilder manipulieren<br />
Sacchi et al., Applied Cognitive Psychology 21(8), 2007
Fotografie und Bildfälschung:<br />
Ein unzertrennliches Paar (?)<br />
◮ erste Fotografien entstanden etwa um<br />
das Jahr 1840<br />
◮ Techniken zur nachträglichen Retusche<br />
waren bereits kurze Zeit später bekannt<br />
◮ erste dokumentierte Bildfälschungen<br />
datieren auf etwa 1860<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Retouche-set.jpg
Historische Bildfälschungen<br />
Abraham Lincoln (ca. 1860)<br />
http://www.cs.dartmouth.edu/farid/research/digitaltampering
Historische Bildfälschungen<br />
Josef Stalin (ca. 1930)<br />
◮ Entfernung in Ungnade gefallener Politiker<br />
http://www.cs.dartmouth.edu/farid/research/digitaltampering
Und heute?<br />
Aktuelle Entwicklung<br />
◮ Große Verbreitung von Digitalkameras,<br />
Foto-Handys, . . .<br />
Auswirkungen<br />
◮ <strong>Digitale</strong> Fotografie ersetzt herkömmliche<br />
Fotografie in praktisch allen Gebieten
Und heute?<br />
Aktuelle Entwicklung<br />
◮ Große Verbreitung von Digitalkameras,<br />
Foto-Handys, . . .<br />
◮ Vielzahl von einfach zu bedienenden<br />
Bildbearbeitungsprogrammen<br />
Auswirkungen<br />
◮ <strong>Digitale</strong> Fotografie ersetzt herkömmliche<br />
Fotografie in praktisch allen Gebieten<br />
◮ Es war noch nie so einfach wie heute<br />
Bilder zu manipulieren<br />
Bernd Busche, Beitrag zum DOCMA Award 2009
Unbegrenzte Möglichkeiten<br />
Photoshop
Unbegrenzte Möglichkeiten<br />
Automatisierte Bildbearbeitung (inpainting)<br />
http://cimg.sourceforge.net
Unbegrenzte Möglichkeiten<br />
Automatisierte Bildbearbeitung (inpainting)<br />
http://cimg.sourceforge.net
Unbegrenzte Möglichkeiten<br />
Computer-generierte Bilder<br />
http://www.cgarena.com/freestuff/tutorials/max/songhyekyo
Unbegrenzte Möglichkeiten<br />
Bildbearbeitung auf dem Handy
<strong>Digitale</strong> Bildfälschungen<br />
National Geographic (1982)<br />
http://www.cs.dartmouth.edu/farid/research/digitaltampering<br />
◮ Einer der ersten bekannt<br />
gewordenen Fälle von<br />
digitalen Bildfälschungen
<strong>Digitale</strong> Bildfälschungen<br />
Attentat in Luxor (1997)<br />
http://www.rhetorik.ch/Bildmanipulation/Bildmanipulation.html
<strong>Digitale</strong> Bildfälschungen<br />
Irakkrieg (2003)<br />
http://www.rhetorik.ch/Bildmanipulation/Bildmanipulation.html
<strong>Digitale</strong> Bildfälschungen<br />
Irakkrieg (2003)<br />
http://www.rhetorik.ch/Bildmanipulation/Bildmanipulation.html
<strong>Digitale</strong> Bildfälschungen<br />
Klaus Kleinfeld (2005)<br />
http://www.rhetorik.ch/Bildmanipulation/Bildmanipulation.html
<strong>Digitale</strong> Bildfälschungen<br />
George W. Bush<br />
http://www.snopes.com/photos/politics/bushbook.asp
Kann man Bildern noch trauen?<br />
◮ Woher kommt das Bild?<br />
<strong>Digitale</strong> <strong>Bildforensik</strong><br />
◮ (Wie) Wurde das Bild bearbeitet?<br />
⊲ Forensik: Bestimmung / Auswertung von Spuren zur Aufklärung von Straftaten<br />
⊲ hier: Analyse von digitalen Bildern mit Hilfe von Computerprogrammen zur<br />
Bestimmung des Bildursprungs oder der Aufdeckung von Bildmanipulationen<br />
⊲ das Originalbild ist nicht bekannt!
Kann man Bildern noch trauen?<br />
◮ Woher kommt das Bild?<br />
<strong>Digitale</strong> <strong>Bildforensik</strong><br />
◮ (Wie) Wurde das Bild bearbeitet?<br />
⊲ Forensik: Bestimmung / Auswertung von Spuren zur Aufklärung von Straftaten<br />
⊲ hier: Analyse von digitalen Bildern mit Hilfe von Computerprogrammen zur<br />
Bestimmung des Bildursprungs oder der Aufdeckung von Bildmanipulationen<br />
⊲ das Originalbild ist nicht bekannt!<br />
N (µ, σ)<br />
Σ → min<br />
statistische Analyse<br />
Herkunft?<br />
bearbeitet?
Woher kommt das Bild?<br />
Ziel: Bestimmung der korrekten Klasse, des korrekten Modells, oder sogar des<br />
tatsächlichen Geräts, das ein bestimmtes Bild aufgenommen hat<br />
?<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Woher kommt das Bild?<br />
Ziel: Bestimmung der korrekten Klasse, des korrekten Modells, oder sogar des<br />
tatsächlichen Geräts, das ein bestimmtes Bild aufgenommen hat<br />
?<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Woher kommt das Bild?<br />
Ziel: Bestimmung der korrekten Klasse, des korrekten Modells, oder sogar des<br />
tatsächlichen Geräts, das ein bestimmtes Bild aufgenommen hat<br />
?<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Ein fiktives Beispiel<br />
◮ Verkauf eines gestohlenen<br />
historischen Buches bei
Ein fiktives Beispiel<br />
?<br />
◮ Verkauf eines gestohlenen<br />
historischen Buches bei<br />
◮ beschlagnahmte Kameras von<br />
einer Menge von Verdächtigen<br />
◮ Welche Kamera hat das Bild<br />
des Buches aufgenommen?
Ein fiktives Beispiel<br />
◮ Verkauf eines gestohlenen<br />
historischen Buches bei<br />
◮ beschlagnahmte Kameras von<br />
einer Menge von Verdächtigen<br />
◮ Welche Kamera hat das Bild<br />
des Buches aufgenommen?
(Wie) Wurde das Bild bearbeitet?<br />
⊲ Beispiel: Kopieren von Bildteilen<br />
iranischer Rakektentest (2008)<br />
⊲ deutlich sichtbare wiederkehrende Muster im manipulierten Bild
(Wie) Wurde das Bild bearbeitet?<br />
⊲ Beispiel: Kopieren von Bildteilen<br />
iranischer Rakektentest (2008)<br />
⊲ deutlich sichtbare wiederkehrende Muster im manipulierten Bild<br />
◮ Computer sucht nach doppelten Bildteilen
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
digitales Bild<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
digitales Bild<br />
Dateiformat<br />
Manipulation<br />
Ausgabe<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
digitales Bild<br />
Dateiformat<br />
Manipulation<br />
Bearbeitungsartefakte<br />
Ausgabe<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
digitales Bild<br />
Dateiformat<br />
Manipulation<br />
Bearbeitungsartefakte<br />
Ausgabe<br />
Geräteeigenschaften<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
künstliche<br />
3D-Szene<br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Textur<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
digitales Bild<br />
Dateiformat<br />
Manipulation<br />
Bearbeitungsartefakte<br />
Ausgabe<br />
Geräteeigenschaften<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
künstliche<br />
3D-Szene<br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Textur<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
Rendern<br />
digitales Bild<br />
Dateiformat<br />
Manipulation<br />
Bearbeitungsartefakte<br />
Ausgabe<br />
Geräteeigenschaften<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Grundlagen der digitalen <strong>Bildforensik</strong><br />
künstliche<br />
3D-Szene<br />
reale Szene<br />
Beleuchtung, Schatten<br />
analoge 2D-Vorlage<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Nuvola/apps<br />
http://www.oxygen-icons.org<br />
Textur<br />
Digitalisierung<br />
Geräteeigenschaften<br />
Rendern<br />
fehlende Geräteeigenschaften<br />
digitales Bild<br />
Dateiformat<br />
Manipulation<br />
Bearbeitungsartefakte<br />
Ausgabe<br />
Geräteeigenschaften<br />
Re-Digitalisierung<br />
analoges Bild<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Crystal_Clear<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Crystal_Project
Besonderheiten des Dateiformats
Beispiel: Vorschaubild einer JPEG-Datei<br />
[Murdoch & Dornseif, 2004]
Beispiel: Vorschaubild einer JPEG-Datei<br />
[Murdoch & Dornseif, 2004]
Manipulationsartefakte
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
Andrea Sommer, Doc Baumann
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
?<br />
? ? ?<br />
?<br />
0.5<br />
0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5 0.5<br />
? ? ?<br />
?<br />
0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5 0.5<br />
? ? ?<br />
0.5 0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5<br />
0.5<br />
0.5 0.5<br />
? ? ?<br />
0.5 0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5<br />
0.5<br />
0.5 0.5<br />
? ?<br />
0.5 0.5<br />
0.5<br />
0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5<br />
0.5<br />
?<br />
0.5 0.5<br />
0.5 0.5<br />
0.5<br />
0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5<br />
0.5<br />
0.5 0.5<br />
0.5 0.5<br />
◮ Im vergrößerten Bild werden benachbarte Pixel aus ihren Nachbarn berechnet<br />
◮ Vergrößertes Bild besteht aus vielen solchen Blöcken<br />
0.5<br />
0.5
Vergrößerung von Bildern oder Bildteilen<br />
◮ Bildmanipulationen erfordern häufig das Vergrößern von Bildteilen<br />
⊲ Beispiel: Verdoppeln der Bildgröße<br />
Vergrößerung<br />
des Bildes (×2)<br />
0.5<br />
0.5<br />
0.5 0.5<br />
0.5 0.5<br />
◮ Im vergrößerten Bild werden benachbarte Pixel aus ihren Nachbarn berechnet<br />
◮ Vergrößertes Bild besteht aus vielen solchen Blöcken<br />
⊲ Wiederkehrendes Muster, nach dem mit dem Computer gesucht werden kann<br />
0.5<br />
0.5
Erkennung von Bildvergrößerungen<br />
Original<br />
105 %<br />
120 %<br />
p-map DFT (p-map)
Eine echte Anwendung<br />
www.bountyfishing.com<br />
◮ Anglerwettbewerb:<br />
Wer fängt den größten Fisch innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit?<br />
◮ Problem: ph Fishing-Angriffe mit Photoshop
Eine echte Anwendung<br />
www.bountyfishing.com<br />
◮ Anglerwettbewerb:<br />
Wer fängt den größten Fisch innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit?<br />
◮ Problem: ph Fishing-Angriffe mit Photoshop<br />
◮ <strong>Bildforensik</strong> entlarvt Betrüger
Szene<br />
Charakteristiken des Bildeingabegeräts<br />
Linse<br />
Abbildungsfehler<br />
Filter<br />
R<br />
G<br />
G<br />
B<br />
CFA Struktur<br />
Sensor<br />
defekte Pixel,<br />
Sensorrauschen<br />
Black-Box-Modell, Übertragungsfunktion<br />
Farbinterpolation<br />
Interpolationsmethode<br />
Nachbearbeitung<br />
Quantisierungstabelle<br />
digitales Bild
Der Sensor<br />
◮ Wichtigstes Bauteil einer Digitalkamera<br />
⊲ Jedes Pixel eines Bildes entspricht genau einem Sensorelement,<br />
das eintreffendes Licht in Strom wandelt<br />
⊲ Je mehr Licht, desto mehr Strom, desto heller das Pixel<br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CCD.jpg
Sensorrauschen als Fingerabdruck<br />
◮ Jedes Sensorelement ist einzigartig (geringe Unterschiede in der Größe, . . . )<br />
⊲ Bei der gleicher Menge eintreffenden Lichtes produzieren verschiedene<br />
Sensorelemente unterschiedlich viel Strom ⊲ Rauschen<br />
◮ Das Sensorrauschen ist ein eindeutiger Fingerabdruck einer Digitalkamera<br />
Bestimmen des Fingerabdrucks<br />
Digitalkamera Menge von Bildern extrahiertes Rauschen Mittelwert<br />
(Fingerabdruck)
Rauschsignal eines Bildes<br />
◮ Sensorrauschen ist sehr schwach und schwer zu ermitteln<br />
◮ abgeschätztes Rauschsignal enthält auch noch Teile des eigentlichen Bildes<br />
Fakultät Informatik, TU <strong>Dresden</strong> ermitteltes Rauschsignal
Fingerabdruck einer Digitalkamera<br />
Fingerabdruck aus 300 Bildern<br />
◮ gemittelter Fingerabdruck enthält<br />
keine Bildinhalte mehr<br />
vergrößerter Ausschnitt
Korrelationskoeffizient<br />
Kameraidentifikation mit dem Sensorrauschen<br />
◮ Messung der Ähnlichkeit (bspw. Korrelationskoeffizient) zwischen dem geschätzten<br />
Rauschen eines verdächtigen Bildes und allen bekannten Kamera-Fingerabdrücken<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
Fingerabdruck: S70<br />
Canon S70<br />
Canon S45<br />
Epson 1240U<br />
Ixus IIs<br />
1 Bildindex<br />
350<br />
Zuordnung des Bildes zu dem Gerät mit<br />
dem höchsten Korrelationskoeffizienten<br />
klare Trennung zwischen Bildern des<br />
tatsächlichen Gerätes und Bildern<br />
anderer Geräte
Korrelationskoeffizient<br />
Kameraidentifikation mit dem Sensorrauschen<br />
◮ Messung der Ähnlichkeit (bspw. Korrelationskoeffizient) zwischen dem geschätzten<br />
Rauschen eines verdächtigen Bildes und allen bekannten Kamera-Fingerabdrücken<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
Fingerabdruck: S70<br />
Canon S70<br />
Canon S45<br />
Epson 1240U<br />
Ixus IIs<br />
1 Bildindex<br />
350<br />
Zuordnung des Bildes zu dem Gerät mit<br />
dem höchsten Korrelationskoeffizienten<br />
klare Trennung zwischen Bildern des<br />
tatsächlichen Gerätes und Bildern<br />
anderer Geräte<br />
◮ groß angelegter Test mit mehr als 10 6 Bildern von ≈ 7000 verschiedenen Kameras:<br />
97.6 % korrekt identifiziert, bei einer Fehlerrate von < 3 × 10 −5 [Goljan et al., 2009]
Ein fiktives Beispiel<br />
?<br />
◮ Verkauf eines gestohlenen<br />
historischen Buches bei<br />
◮ beschlagnahmte Kameras von<br />
einer Menge von Verdächtigen<br />
◮ Welche Kamera hat das Bild<br />
des Buches aufgenommen?
Ein fiktives Beispiel<br />
?<br />
◮ Verkauf eines gestohlenen<br />
historischen Buches bei<br />
◮ beschlagnahmte Kameras von<br />
einer Menge von Verdächtigen<br />
◮ Welche Kamera hat das Bild<br />
des Buches aufgenommen?<br />
◮ Bestimmen des Rauschsignal<br />
des Bildes
Ein fiktives Beispiel<br />
≈<br />
◮ Verkauf eines gestohlenen<br />
historischen Buches bei<br />
◮ beschlagnahmte Kameras von<br />
einer Menge von Verdächtigen<br />
◮ Welche Kamera hat das Bild<br />
des Buches aufgenommen?<br />
◮ Bestimmen des Rauschsignal<br />
des Bildes<br />
◮ Vergleich mit Fingerabdrücken<br />
aller Kameras<br />
◮ Welcher hat die höchste<br />
Ähnlichkeit mit dem Rauschen<br />
des Bildes?
Farbinterpolation<br />
◮ Digitalkameras verwenden nur einen CCD / CMOS Sensor, der lediglich die<br />
Intensität des eintreffenden Lichtes messen kann<br />
⊲ Farbinformation geht verloren<br />
◮ Verwendung von Farbfiltern und Interpolation der fehlenden Farbinformation<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
Rohdaten Farbbild<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
CFA (color filter array) Interpolation<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R
Farbinterpolation<br />
◮ Digitalkameras verwenden nur einen CCD / CMOS Sensor, der lediglich die<br />
Intensität des eintreffenden Lichtes messen kann<br />
⊲ Farbinformation geht verloren<br />
◮ Verwendung von Farbfiltern und Interpolation der fehlenden Farbinformation<br />
Rohdaten<br />
Farbbild
Farbinterpolation<br />
◮ Digitalkameras verwenden nur einen CCD / CMOS Sensor, der lediglich die<br />
Intensität des eintreffenden Lichtes messen kann<br />
⊲ Farbinformation geht verloren<br />
◮ Verwendung von Farbfiltern und Interpolation der fehlenden Farbinformation<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
Rohdaten Farbbild<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GB<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
G<br />
GR<br />
CFA (color filter array) Interpolation<br />
◮ (Lokale) Manipulationen beeinflussen bzw. beschädigen diese Spuren<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
R<br />
Interpolation hinterlässt<br />
periodische Spuren im<br />
Farbbild
Analyse von CFA-Artefakten [Popescu & Farid, 2005]
Analyse von CFA-Artefakten [Popescu & Farid, 2005]
Analyse von CFA-Artefakten [Popescu & Farid, 2005]<br />
CFA peak<br />
DFT(p-map)
Woher weiß der Computer,<br />
dass dieses Bild echt ist?<br />
accompanying authentic submission to the 2009 DOCMA award (Xaver Klaußner)
Woher weiß der Computer,<br />
dass dieses Bild echt ist?<br />
Training, Training, Training, . . .<br />
◮ benötigt Unmengen von Testbildern<br />
◮ wissenschaftlich belastbare Verfahren sollten anhand öffentlich zugänglicher Daten<br />
getestet werden<br />
<strong>Dresden</strong> Image Database [Gloe & Böhme, 2010]<br />
◮ Bilddatenbank speziell für Anwendungen in der <strong>Digitale</strong>n <strong>Bildforensik</strong><br />
◮ mehr als 14 000 Digitalkamera-Bilder<br />
⊲ 73 Geräte<br />
⊲ 23 Kameramodelle<br />
⊲ 14 Hersteller<br />
◮ mehrere Geräte pro Modell<br />
◮ erlaubt kontrollierte Experimente zur<br />
Digitalkamera-Identifikation
Wie schießt man 14 000 Bilder?<br />
. . .<br />
2 LNdW 2010<br />
2<br />
2A<br />
3 image forensics<br />
3<br />
3A<br />
4 LNdW 2010<br />
4<br />
4A<br />
Kamerakiste<br />
5 image forensics<br />
5<br />
5A<br />
6 LNdW 2010<br />
6<br />
6A<br />
7 image forensics<br />
◮ je 2 Stative pro Aufnahmeort, Aufnahme von 2 Szenen<br />
◮ 3 verschiedene Brennweiten pro Szene und Geräte<br />
. . . viel Zeit<br />
7<br />
7A<br />
8 LNdW 2010<br />
8<br />
8A<br />
9 image forensics<br />
9<br />
9A .<br />
. .
Wie schießt man 14 000 Bilder?<br />
. . .<br />
2 LNdW 2010<br />
2<br />
2A<br />
3 image forensics<br />
3<br />
3A<br />
4 LNdW 2010<br />
4<br />
4A<br />
Kamerakiste<br />
5 image forensics<br />
5<br />
5A<br />
6 LNdW 2010<br />
6<br />
6A<br />
7 image forensics<br />
◮ je 2 Stative pro Aufnahmeort, Aufnahme von 2 Szenen<br />
◮ 3 verschiedene Brennweiten pro Szene und Geräte<br />
. . . viel Zeit und heiße Getränke<br />
7<br />
7A<br />
8 LNdW 2010<br />
8<br />
Sieht kalt aus?<br />
8A<br />
9 image forensics<br />
9<br />
9A .<br />
. .
min / max Temperature [ ◦ C]<br />
8<br />
4<br />
0<br />
-4<br />
-8<br />
-12<br />
-16<br />
-20<br />
Es war kalt!<br />
1.1. 11.1. 21.1. 31.1. 10.2. 20.2.<br />
day<br />
◮ Aufnahmen fanden während der<br />
kältesten Wochen des Jahres 2009 statt
DOCMA Award 2009<br />
Hintergrund<br />
◮ Erstellen überzeugender Bildfälschungen kostet Zeit<br />
◮ Wissenschaftlter sind keine Photoshop-Experten<br />
◮ typische Testbilder sind kaum “vorzeigbar”<br />
Wie kann man lernen echte Manipulationen von<br />
echten Photoshop-Nutzern zu erkennen, wenn<br />
man sie selbst nicht in seiner Testdatenbank hat?
DOCMA Award 2009<br />
Hintergrund<br />
◮ Erstellen überzeugender Bildfälschungen kostet Zeit<br />
◮ Wissenschaftlter sind keine Photoshop-Experten<br />
◮ typische Testbilder sind kaum “vorzeigbar”<br />
Wie kann man lernen echte Manipulationen von<br />
echten Photoshop-Nutzern zu erkennen, wenn<br />
man sie selbst nicht in seiner Testdatenbank hat?<br />
DOCMA Award 2009<br />
◮ Wettbewerb für (semi-)professionelle Photoshop-<br />
Nutzer zum Erfinden eines Zeitungsbeitrages, der<br />
durch eine Bildmanipulation belegt wird<br />
◮ Initiator: Doc Baumann und sein DOCMA Magazin<br />
◮ Fälschungen (+ Originale) wurden Wissenschaftlern<br />
zur Verfügung gestellt<br />
◮ etwa 100 interessante Einreichungen<br />
Doc Baumann
Beispiele DOCMA Award
Beispiele DOCMA Award
Beispiele DOCMA Award<br />
Julia Enkelmann
Beispiele DOCMA Award
Beispiele DOCMA Award
Beispiele DOCMA Award
Beispiele DOCMA Award<br />
Fälschung<br />
Bernd Busche
Beispiele DOCMA Award<br />
Fälschung<br />
Peaks durch<br />
Skalierung<br />
Peaks durch<br />
JPEG-Kompression<br />
Boden<br />
Bäume<br />
U-Bahn<br />
−π/2 0<br />
π/2<br />
Bernd Busche
Beispiele DOCMA Award<br />
Original<br />
Bernd Busche
Beispiele DOCMA Award<br />
Silvia Nock
Beispiele DOCMA Award
Beispiele DOCMA Award<br />
Silvia Nock
Zusammenfassung
Fazit<br />
<strong>Digitale</strong> <strong>Bildforensik</strong><br />
◮ Verfahren zur Überprüfung der Authentizität digitaler Bilder<br />
◮ Ursprungsidentifikation und Manipulationserkennung<br />
◮ Statistische Analyse von Geräte-Charakteristiken oder Manipulationsartefakten<br />
◮ Bereits zahlreiche Ansätze und viel versprechende Ergebnisse<br />
Aber: Praktischer Einsatz birgt noch viele zu lösende Probleme (starke<br />
Kompression, . . . )<br />
Welche Bildmanipulationen sind ” erlaubt“?
Wann ist eine Fälschung eine Fälschung?<br />
◮ Computer können (bisher?) nicht wirklich zwischen ” guten“ und ” bösen“<br />
Bildmanipulationen unterscheiden<br />
◮ ” Manipulation“ bereits durch die Wahl des passenden Bildausschnittes<br />
◮ Bildbearbeitung bereits im Inneren der Kamera<br />
Andrea Sommer, Doc Baumann
Fragen?<br />
Thomas Gloe, Matthias Kirchner<br />
{Thomas.Gloe,Matthias.Kirchner}@inf.tu-dresden.de<br />
<strong>Technische</strong> <strong>Universität</strong> <strong>Dresden</strong><br />
Institut für Systemarchitektur
Change language