METHOD OF PHOTOMONTAGE DETECTION UNDER CONDITIONS OF LIMITATIONS ABSENCE FOR PHOTOS FALSIFICATION

В.В. Зоріло, О.Ю. Лебедєва, М.О. Козіна, Д.С. Бєлуш. Метод виявлення фотомонтажу в умовах відсутності обмежень на використовувані при фальсифікації фотознімки. Поширене використання підроблених фотознімків в інформаційних війнах, судових справах, політиці, тощо потребує розробки нових ефективних методів виявлення фотомонтажу. Одним з них є метод виявлення фотомонтажу, заснований на аналізі сингулярних чисел блоків матриці цифрового зображення. Мета: Метою роботи є перевірка сфери застосування методу виявлення фотомонтажу, заснованого на аналізі сингулярних чисел блоків матриці цифрових зображень в умовах відсутності обмежень на ступінь їх стиснення. Матеріали та методи: В основі роботи розглянутого методу є виявлення відмінностей між зображеннями у випадку, коли вони мають різні ступені стиснення: значення матриці нульових сингулярних чисел блоків, що відповідають чужорідній частині зображення, вирізняють цю ділянку на фоні основного зображення, що дає змогу виявити фальсифікацію. Зазначений метод було досліджено за певних обмежень, що накладалися на використані тестові фотознімки. Проведено розширений експеримент з використанням зображень, для яких відсутні обмеження на ступінь стиснення. Результати: В результаті експерименту фальсифікацію було виявлено в 44.4 % випадків за умови збереження цифрового зображення після фотомонтажу в форматі без втрат, і в 53.3% випадків – при збереженні з втратами. Частіше фотомонтаж було виявлено тоді, коли різниця між коефіцієнтом якості Q основного зображення і заміщуючої ділянки була більше двох. Ключові слова: фотомонтаж, перевірка цілісності цифрового зображення, метод виявлення фотомонтажу, матриця цифрового зображення, сингулярні числа.


Introduction.
Photomontage story begins long before the creation of modern graphic editors.With the first pictures people began to experiment  to combine the objects and scenes of different photos.Earlier to identify the photofake was easier by means of expert visual evaluation.Today, information technology in the area of computer graphic allows execute montage so that even experts are not able to detect it.Therefore, the development of photomontage detection methods that effective without expert is important and urgent today.In this paper as the montages we will understand the result and the process of images creating composed of several parts of different photos.
Scientists around the world work over photomontage detection.Note, the existing methods have their areas of application, its advantages and shortcomings.Now actively the methods of digital image (DI) analysis are developing, grounded on the general approach to the analysis of the state and operation of information systems technology [1].One is a method of photomontage detecting, based on the analysis of singular numbers of the matrix DI units.
The work of this method is to identify the differences between the images when they have different degrees of compression.There are [2] formal differences established between DI in lossy and lossless format and DI in lossy formats with different quality factor.
Quality factor (Q) for lossy format JPEG determines the measure of photography compression.In this research it meets the standard of graphics editor Adobe Photoshop, according to which Q takes a value between 0...12 where more value Q corresponds to less compression of the image.
The mentioned method was investigated under certain limitations of used photos.In [2] it was justified the use of images with Q ≥ 8 (for images compressed with a lower value of Q, the artifacts of compression appear that violate the stability of perception).
However, there are situations when images used in montages have low quality.In this regard, there is a need to clarify the application area of this method.
The aim of this research is to check the application area of photomontage detection method based on analysis of singular values of matrix blocks of digital images in the absence of restrictions on the degree of their compression.
Materials and Methods.The main instrument for the analysis of digital images for this method is the so-called zero singular numbers matrix of blocks (ZSNMB).Each element of this matrix corresponds to the block 8×8 matrix of digital image brightness, takes values from 0 to 8 and means number of zero singular numbers in the block [1,2].
For DI in lossless format ZSNMB consists mostly of zeros.When compressing with the highest quality it is possible blotches of units, sometimes twos.With increasing DI compression the ZSNMB elements can take values from 0 to 8, which are caused by linear dependence row/columns of matrix [1].Consider the example of this method (Fig. 1).In the image of the lake was inserted the boat with rowing.As we can see, the ZSNMB value corresponding to foreign parts of images distinguish this area against the main image that allows you to detect the falsification.
Carry out an advanced experiment with images, for which there are no restrictions on the degree of compression.For the experiment there are 30 digital images in a lossless format of resource [3] used (traditional base of digital images when tested algorithms and methods).
In the image that saved before the montage in JPEG format with quality n (the main image), we insert a different part of the image (by replacing area) that has been saved in JPEG format with quality 1, 2, ..., (n-1), where n takes the value from 1 to 10.The results are saved in lossless format (results typical for most photographic fakes are presented in Table 1) and in the lossy format JPEG with the same value of Q, as the main image (results typical for most received photo fakes are presented in Table 2).