Oriented filters for feature extraction in digital Images : Application to corners detection, Contours evaluation and color Steganalysis

par Hasan Abdulrahman

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Philippe Montesinos.

Soutenue le 17-11-2017

à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec Laboratoire de Génie Informatique et Ingénierie de Production / LGI2P (laboratoire) .

Le président du jury était William Puech.

Le jury était composé de Philippe Montesinos, William Puech, Vincent Charvillat, Philippe Carré, Krzysztof Szczypiorski, Baptiste Magnier.

Les rapporteurs étaient Vincent Charvillat, Philippe Carré.

  • Titre traduit

    Filtres orientés pour l'extraction de primitives dans les images : Application à la détection de coins, l'évaluation de contours, et à la stéganalyse d'images couleur


  • Résumé

    L’interprétation du contenu de l’image est un objectif très important dans le traitement de l’image et la vision par ordinateur. Par conséquent, plusieurs chercheurs y sont intéressés. Une image contient des informations multiples qui peuvent être étudiés, telles que la couleur, les formes, les arêtes, les angles, la taille et l’orientation. En outre, les contours contiennent les structures les plus importantes de l’image. Afin d’extraire les caractéristiques du contour d’un objet, nous devons détecter les bords de cet objet. La détection de bords est un point clé dans plusieurs applications, telles que :la restauration, l’amélioration de l’image, la stéganographie, le filigrane, la récupération, la reconnaissance et la compression de l’image, etc. Toutefois, l’évaluation de la performance de la méthode de détection de bords reste un grand défi. Les images numériques sont parfois modifiées par une procédure légale ou illégale afin d’envoyer des données secrètes ou spéciales. Afin d’être moins visibles, la plupart des méthodes stéganographiques modifient les valeurs de pixels dans les bords/textures de parties de l’image. Par conséquent, il est important de détecter la présence de données cachées dans les images numériques. Cette thèse est divisée principalement en deux parties.La première partie discute l’évaluation des méthodes de détection des bords du filtrage, des contours et des angles. En effet, cinq contributions sont présentées dans cette partie : d’abord, nous avons proposé un nouveau plan de surveillance normalisée de mesure de la qualité. En second lieu, nous avons proposé une nouvelle technique pour évaluer les méthodes de détection des bords de filtrage impliquant le score minimal des mesures considérées. En plus, nous avons construit une nouvelle vérité terrain de la carte de bords étiquetée d’une manière semi-automatique pour des images réelles.En troisième lieu, nous avons proposé une nouvelle mesure prenant en compte les distances de faux points positifs pour évaluer un détecteur de bords d’une manière objective. Enfin, nous avons proposé une nouvelle approche de détection de bords qui combine la dérivée directionnelle et l’homogénéité des grains. Notre approche proposée est plus stable et robuste au bruit que dix autres méthodes célèbres de détection. La seconde partie discute la stéganalyse de l’image en couleurs, basée sur l’apprentissage automatique (machine learning). En effet, trois contributions sont présentées dans cette partie : d’abord, nous avons proposé une nouvelle méthode de stéganalyse de l’image en couleurs, basée sur l’extraction de caractéristiques de couleurs à partir de corrélations entre les gradients de canaux rouge, vert et bleu. En fait, ces caractéristiques donnent le cosinus des angles entre les gradients. En second lieu, nous avons proposé une nouvelle méthode de stéganalyse de l’image en couleurs, basée sur des mesures géométriques obtenues par le sinus et le cosinus des angles de gradients entre tous les canaux de couleurs. Enfin, nous avons proposé une nouvelle méthode de stéganalyse de l’image en couleurs, basée sur une banque de filtres gaussiens orientables. Toutes les trois méthodes proposées présentent des résultats intéressants et prometteur en devançant l’état de l’art de la stéganalyse en couleurs.


  • Résumé

    Interpretation of image contents is very important objective in image processing and computer vision. Wherefore, it has received much attention of researchers. An image contains a lot of information which can be studied such as color, shapes, edges, corners, size, and orientation. Moreover, contours include the most important structures in the image. In order to extract features contour of an object, we must detect the edges of that object. Edge detection results, remains a key point and very important step in wide range of applications such as: image restoration, enhancement, steganography, watermarking, image retrieval, recognition, compression, and etc. An efficient boundary detection method should create a contour image containing edges at their correct locations with a minimum of misclassified pixels. However, the performance evaluationof the edge detection results is still a challenging problem. The digital images are sometimes modify by a legal or illegal data in order to send special or secret data. These changes modify slight coefficient values of the image. In order to be less visible, most of the steganography methods modify the pixel values in the edge/texture image areas. Therefore, it is important to detect the presence of hidden data in digital images. This thesis is divided mainly into two main parts. The first part, deals with filtering edge detection, contours evaluation and corners detection methods. More deeply, there are five contributions are presented in this part: first, proposed a new normalized supervised edge map quality measure. The strategy to normalize the evaluation enables to consider a score close to 0 as a good edge map, whereas a score 1 translates a poor segmentation. Second, proposed a new technique to evaluate filtering edge detection methods involving the minimum score of the considerate measures. Moreover, build a new ground truth edge map labelled in semi-automatic way in real images. Third, proposed a new measure takes into account the distances of false positive points to evaluate an edge detector in an objective way. Finally, proposed a new approach for corner detection based on the combination of directional derivative and homogeneity kernels. The proposed approach remains more stable and robust to noise than ten famous corner detection methods. The second part, deals with color image steganalysis, based on a machine learning classification. More deeply, there are three contributionsare presented in this part: first, proposed a new color image steganalysis method based on extract color features from correlations between the gradients of red, green and blue channels. Since these features give the cosine of angles between gradients. Second, proposed a new color steganalysis method based on geometric measures obtained by the sine and cosine of gradient angles between all the color channels. Finally, proposed a new approach for color image steganalysisbased on steerable Gaussian filters Bank.All the three proposed methods in this part, provide interesting and promising results by outperforming the state-of-art color image steganalysis.


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