Tatouage des images médicales partagées

par Mohamed Karasad

Thèse de doctorat en Signal, Image, Vision

Sous la direction de Gouenou Coatrieux.

Thèses en préparation à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire , dans le cadre de Mathématiques et STIC depuis le 01-11-2013 .

  • Titre traduit

    Watermarking of shared medical images


  • Résumé

    L'évolution rapide des technologies du multimédia et des communications s'exprime dans le domaine de la santé par la mise à disposition de nouveaux moyens de partage et d'accès distant aux données d'imagerie des patients. Ces moyens prennent désormais une place importante dans la pratique quotidienne médicale. Pour les professionnels de santé, ils facilitent la prise en charge des patients et permettent d'améliorer la gestion de l'information médicale. Dans un tel contexte, la question de la sécurité des données est particulièrement sensible, notamment en termes d'intégrité, d'authenticité et de traçabilité. Aujourd'hui, la plupart des mécanismes de sécurité existants comme les techniques cryptographiques et le contrôle d'accès offre une protection permettent d'empêcher les utilisateurs non-autorisés d'accéder au contenu des données ; des images pour ce qui nous concerne. Cependant, ils n'offrent qu'une protection de type « a priori » dans le sens où l'image est seulement protégée avant que l'accès à son contenu soit donné. Le tatouage numérique a été proposé comme un mécanisme de sécurité complémentaire à ces solutions « a priori ». Il fournit une protection de type « a posteriori » permettant ainsi à l'utilisateur d'accéder au contenu de l'image tout en le maintenant protégée par une « marque » imperceptible. En effet, dans le cas des images, le tatouage modifie ou module les valeurs de niveaux de gris des pixels de celles-ci de manière imperceptible pour coder ou insérer un message (i.e. une marque). Ce message peut être utilisé pour vérifier l'intégrité de l'image, son authenticité ou à des fins de traçabilité. Le tatouage offre ainsi une protection pérenne, indépendante du format de stockage de l'image tatouée. Du fait de la sensibilité des images médicales, l'imperceptibilité est évidemment la contrainte la plus forte à considérer pour le tatouage des images médicales. En effet, la modification des niveaux de gris de l'image peut introduire un doute sur sa validité. C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux de recherche menés dans cette thèse. Ils visent à développer des nouvelles méthodes de tatouage plus appropriées aux images médicales, c'est-à-dire des méthodes permettant de préserver au mieux la qualité de l'image. Ainsi, nous avons proposé trois solutions originales, qui profitent du bruit d'acquisition inhérent dans les images radiographiques pour y masquer une marque de la même puissance que le bruit. Ainsi, l'image sera protégée et l'information utile pour le diagnostic reste inchangée. La première solution, se base sur des techniques de débruitage pour identifier le bruit dans une image. On parle ici d'identification globale du bruit, par la suite une marque est insérée en respectant la distribution du bruit. La mise à jour de la marque dans cette solution nécessite l'introduction d'une nouvelle distorsion. Pour pallier à cela, nous avons amélioré notre système dans une deuxième solution, pour qu'il devienne réversible, c'est-à-dire à l'extraction de la marque l'image est reconstruite sans pertes de données. Dans la troisième solution, nous nous sommes basés sur une modélisation local du bruit dans les images radiographiques afin d'adapter la marque localement dans l'image. On parle ici du masquage psychovisuel. Ce type de tatouage dès lors était réservé aux images grands public, son utilisation en médicale est une première. Nous avons également mise en place un protocole de validation subjectif en collaboration avec des radiologues afin d'étudier l'impact de tatouage sur la qualité diagnostique des images tatouées.


  • Résumé

    The rapid evolution of multimedia and communications technologies is emerging in the healthcare field by providing new means of sharing and remote access to patient data. This plays an important role in daily medical practice since it facilitates the care of patients and improves the management of medical information. In this context, the issue of data security is particularly sensitive, in terms of integrity, authenticity and traceability.Nowadays, the most existing security mechanisms, such as cryptographic techniques and access control, provide protection to prevent unauthorized users from accessing data content; images in ours case. However, they offer only an "a priori" protection; which means that the image is only protected before the access to its content is given. Digital watermarking has been proposed as a safety mechanism complementary to these "a priori" solutions. It provides a "posterior" protection, allowing the user to access the content of the image while keeping it protected by an imperceptible "mark". Indeed, in the case of images, the watermark modifies, or modulates, the pixels values in order to encode, or insert, a message (i.e. a mark). This message can be used to check the integrity of the image, its authenticity, or for traceability purposes. Because of the sensitivity of medical images content, imperceptibility is obviously the strongest constraint to consider for watermarking medical images. Indeed, changing the gray levels of the image may introduce a doubt about its validity.The research work carried out in this thesis falls within this context. The objective is to develop new watermarking methods, more appropriate to medical images, which preserve the quality of the image. We have proposed three original solutions, which take advantage of the acquisition noise inherent in radiographic images in order to mask a mark of the same power as the noise. In this manner, the image will be protected and the information, which is useful for the diagnosis, remains unchanged. The first solution aims to globally identify the noise in the image, based on denoising techniques. Afterwards, a mark is inserted, taken in consideration the noise distribution. Updating the mark in this solution may introduce new distortions. To overcome this problem, we have proposed a second solution, which improves our system by making it reversible. Moreover, the mark¿s extraction will be performed without any loss of data. Our third proposed solution relies on local noise modeling in radiographic images in the purpose of locally adapting the mark in the image. We are referring here to psychovisual masking. This type of watermarking was applied in the case of natural images only. A subjective validation protocol has been performed, in collaboration with radiologists, to study the impact of watermarking on the diagnostic quality of watermarked images.