Técnicas de adulterar imagens digitais

2. Agenda
 Motivação
 Revisão (Percepção, Formação e Qualidade
da Imagem Digital)
 Processamento da Imagem Digital
 Forense Digital
 Formatos de Imagens
 Conclusões

3. Motivação
 Acesso facilitado às máquinas fotográficas
digitais
 Disponibilidade do Photoshop ou programas
semelhantes (Ex: GIMP, com licença GNU)
 Uma fotografia alterada pode incriminar
inocentes, libertar culpados ou criar dúvidas

4. Milésimo gol A conquista da Lua
de Pelé
1969
Festival de
Woodstock
George Smith e William Boyle
Charge Coupled Device – Bell Labs

5. Percepção da Imagem
 Observador
 Objeto Luz
Refletida
 Luz Observador
(Câmera)
Fonte de
Luz Luz
Incidente
Modelo
(Objeto)

6. Cubo de Cores
256 tonalidades
Verde Amarelo
Ciano Branco
Preto Vermelho
Azul
Magenta

7. Percepção das Cores
Mixagem Aditiva de Cores
Vermelho + Verde = Amarelo
Verde + Azul = Ciano
Azul + Vermelho = Magenta
Vermelho+Verde+Azul = Branco
Mixagem Subtrativa de Cores
Ciano + Magenta = Azul
Magenta + Amarelo = Vermelho
Amarelo + Ciano = Verde
Ciano+Magenta+Amarelo = Preto

8. Formação da Imagem
Matriz de Sensores
Fótons
Cavidades

9. Espectro de Ondas de Luz
em nm
Vermelho (Red): Ondas Longas
Verde (Green): Ondas Médias
Azul (Blue): Ondas Curtas

10. Formação da Imagem
Filtros de Cores
Fótons
Cavidades

11. Captura da Imagem

12. Processamento
da Imagem
Foto Original
* Look Up Table

13. Manipulação de Imagens
 Análise de pixels (anomalias estatísticas nos
componentes básicos da imagem)
 Formato (correlações estatísticas introduzidas
por esquemas de compressão com perdas)
 Câmera (nuances produzidas por
lentes, sensores e processamento pós-captura)
 Características físicas (anomalias entre
objetos, luz incidente e a câmera)
 Geometria (medidas dos objetos e a sua
posição relativa à câmera)

14. Técnicas para Detectar Fraudes
 Clonagem
 Rearranjo
 Combinação
 Estatísticas

15. Clonagem
 Copiar e colar: porções da imagem utilizadas
para ocultar uma pessoa ou objeto
 Partes clonadas com qualquer tamanho e
forma
 Especificações Mínimas:
• Detectar a correspondência aproximada de
pequenos segmentos imagem
• Tempo de processamento razoável
• Componente forjado é uma estrutura lógica

16. Clonagem

17. Rearranjo
 Câmeras digitais utilizam sensores, filtros e
processos de interpolação para obter imagens
RGB
 Interpolações introduzem correlações
específicas que são descontinuadas quando
uma imagem é manipulada

18. Rearranjo (Duplicação)
A interpolação é realizada em uma função x(t)
com tamanho m representando os pixels da
imagem original para obter uma função
y(t), com tamanho 2m:
y(2i-1) = x(i) para i=1,...,m (valores ímpares)
y(2i) = 0,5x(i) + 0,5x(i+1) (valores pares)
Os pixels interpolados podem ser expressos
exclusivamente em termos da figura duplicada:
y(2i) = 0,5y(2i-1) + 0,5y(2i+1)

19. Combinação
 Manipulação de fotografias por composição
digital de partes de dois ou mais originais em
uma única imagem
 As bordas entre as regiões combinadas podem
ser imperceptíveis visualmente, mas
corrompem as relações entre os valores
estatísticos da imagem

20. Combinação

21. Estatísticas
 Uma imagem nxn com pixels de 8 bits pode
ter 256nxn combinações diferentes
 Com n=10 pixels, existe a possibilidade de
10240 imagens diferentes
 É improvável que este número absurdo de
possibilidades tenha condições de representar
imagens com algum significado e isto sugere
que fotografias contenham propriedades
estatísticas específicas

22. Formatos de Imagens
 Uma regra básica de um trabalho investigativo
é preservar a evidência
 De acordo com esta premissa, esquemas de
compressão de imagens com perdas podem
ser prejudiciais para uma análise forense
 O irônico é que propriedades exclusivas de
uma compressão com perdas podem ser
indícios de manipulações em imagens digitais

23. Formatos de Imagens
 Os fornecedores configuram seus produtos
(câmeras) para obter um balanço entre
qualidade e taxas de compressão de acordo
com suas conveniências comerciais
 O formato JPEG permite flexibilidade em
relação à economia de espaço para
armazenamento
 Esta característica pode individualizar um
fabricante/modelo

24. Compressão JPEG
 A imagem RGB é convertida para o espaço YUV
(luminância/crominância)
 As matrizes de crominância (U e V) são
reduzidas na taxa de 2:1;
 Os canais são particionados em blocos de 8x8
pixels e centrados no valor médio [-128, 127]
 Os blocos são convertidos para o espaço de
frequências usando uma DCT bidimensional;
 Dependendo da frequência, cada coeficiente
DCT (c) é reduzido por um fator q (c/q)

25. Perdas por Compressão
100% 80% 60% 40%
20% 10% 5% 1%

26. Conclusões
 Com a abundância e qualidade da oferta de
software gráfico a manipulação de imagens é
um processo fácil, rápido e difícil de ser
detectado
 Com os recursos atuais, o que visualmente
aparece em uma fotografia é irrelevante
 As técnicas que permitem a manipulação de
fotografias crescem com a mesma intensidade
dos esforços para inibir esta prática

27. Conclusões
 Uma imagem modificada por computador, em
uma visão realista, tem um padrão estatístico
de pixels totalmente diferente das fotografias
criadas em uma câmera

28. Carlos Alberto Goldani
Tecnologia da Informação
goldani@live.ca