Imaging sensor identification with photo response non-uniformity fingerprints

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-06-13
Department
Major/Subject
Ohjelmistotekniikka
Mcode
T3001
Degree programme
Tietotekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
82+10
Series
Abstract
This thesis shows a method to identify a camera source by examining the noise inherent to the imaging process of the camera. The noise is caused by the imaging hardware, e.g. physical properties of charge-coupled device (CCD), the lens, and the Bayer pattern filter. The noise is then altered by the algorithms of the imaging pipeline. After the imaging pipeline, the noise can be isolated from the image by calculating the difference between noisy and denoised image. Noise can be used to form a camera fingerprint by calculating mean noise of a number of training images from same camera, pixel by pixel. The fingerprint can be used to identify the camera by calculating the correlation coefficient between the fingerprints from the cameras and a test image. The image is then assigned to the camera with highest correlation. The key factors affecting the recognition accuracy and stability are the de- noising algorithm and number of training images. It was shown that the best results are achieved with 60 training images and wavelet filter. This thesis evaluates the identification process in four cases. Firstly, between cameras chosen so that each is from different model. Secondly, between different individual cameras from the same model. Thirdly, between all individual cameras without considering the camera model. Finally, forming a fingerprint from one camera from each model, and then using them to identify the rest of the cameras from that model. It was shown that in the first two cases the identification process is feasible, accurate and reasonably stabile. In the latter two cases, the identification process failed to achieve sufficient accuracy to be feasible.

Tässä työssä esitetään menetelmä kuvalähteenä olevan kameran tunnistamiseksi tutkimalla kuvausprosessissa sinällään syntyvää kohinaa. Kohina syntyy kuvauksessa käytettävästä laitteistosta, esim. kuva-anturista (CCD), linssistä ja Bayer-suotimesta. Kohinaa muokkaavat kameran automaattisesti kuvanparannukseen käyttämät algoritmit. Kuvanparannuksen jälkeen kohinan voi eristää muodostamalla erotuksen kohinan sisältävän kuvan ja suodatetun kuvan välillä. Kameran sormenjäljen voi muodostaa laskemalla pikseleittäin keskiarvon opetuskuvien kohinasta. Sormenjälkeä käytetään laskemaan korrelaatio testikuvan ja sormenjäljen välillä. Kuvan ottaneeksi kameraksi tunnistetaan se, jonka sormenjäljen ja testikuvan kohinan välillä on suurin korrelaatio. Tärkeimmät tunnistuksen tarkkuuteen ja vakauteen vaikuttavat tekijät ovat kohinanpoistoalgoritmi ja opetuskuvien määrä. Työssä osoitetaan, että parhaat tulokset saadaan käyttämällä 60:tä opetuskuvaa ja aallokesuodatusta. Tässä työssä arvioidaan tunnistusprosessia neljässä tapauksessa. Ensiksi eri malleista valittujen yksittäisten kameroiden suhteen, toiseksi saman kameramallin yksilöiden välillä, kolmanneksi kaikkien yksittäisten kameroiden välillä jättäen huomiotta kameramallin, ja viimeiseksi pyritään yhtä kameraa käyttäen muodostamaan prototyyppisormenjälki, jolla tunnistaa muut samanmalliset kamerat. Työssä osoitettiin, että kahdessa ensinmainitussa tapauksessa tunnistus toimii riittävän tarkasti ja vakaasti. Jälkimmäisissä kahdessa tapauksessa tunnistus ei saavuttanut riittävää tarkkuutta.
Description
Supervisor
Soisalon-Soininen, Eljas
Thesis advisor
Ranta, Mervi
Keywords
camera identification, noise patterns, machine learning, sensor fingerprints, methodological validation, sensor identification
Other note
Citation