Protection d’images médicales chiffrées et/ou compressées par tatouage

Protection of encrypted and/or compressed medical images by means of watermarking

• Auteur / Autrice : Sahar Haddad
• Direction : Gouenou Coatrieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 09/07/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département lmage et Traitement Information - Laboratoire de traitement de l’information médicale (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Henri Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gouenou Coatrieux, Philippe Carré, Nacim Betrouni, Jean-Claude Nunes, Dalel Bouslimi, Alexandre Moreau-Gaudry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Carré, Nacim Betrouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compression d'images

Chiffrement (informatique)

Tatouage

Sécurité

Imagerie médicale

Mots clés libres

Imagerie médicale

Sécurité

Tatouage

Chiffrement

Compression JPEG-LS/JPEG

Medical imaging

Security

Watermarking

Encryption

JPEG-LS/JPEG Compression

Résumé

L’évolution 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 de l’imagerie médicale. Dans un tel contexte, la question de la sécurité de ces données est particulièrement sensible, notamment en termes de confidentialité, fiabilité et traçabilité. Ces travaux de thèse ont trait à la combinaison voire la fusion de tatouage et de chiffrement de données pour la protection des images médicales. Cependant, le déploiement de ces mécanismes de sécurité dans le domaine de la santé doit prendre en compte les spécificités de ce domaine. Notamment, du fait que les images médicales constituent de grands volumes de données, elles sont le plus souvent encodées sous forme compressée afin de réduire les coûts de transmission et de stockage. Une première partie de ces travaux a porté sur le tatouage-compression conjoint d’images médicales de manière à pouvoir vérifier l’intégrité et l’authenticité d’une image sans la décompresser, à l’aide d’un message tatoué que l’on peut extraire sans décoder, même partiellement, le flux binaire. Dans la continuité de ces travaux, nous nous sommes intéressés à vérifier la fiabilité des images compressées et chiffrées tout en maintenant leur confidentialité. Son principe général est fondé sur l’insertion de deux messages contenant des attributs de sécurité dans l’image durant la compression et le chiffrement de cette dernière. Chacun d’eux n’est accessible que dans un domaine : le domaine compressé ou le domaine chiffré, sans avoir à décompresser ou déchiffrer l’image, même partiellement. Ces schémas ont par ailleurs été développés pour être compatible avec le standard DICOM. Une deuxième partie de ces travaux de recherche a focalisé sur le tatouage réversible d’images médicales. Cette propriété garantit la reconstruction de l’image originale après avoir retiré la marque insérée. Nous avons développé un schéma de tatouage original permettant d’insérer une marque de manière réversible dans une image chiffrée, sur la base d’une nouvelle modulation de tatouage par décalage d’histogramme robuste. Ce message est accessible dans les deux domaines chiffré et spatial. Enfin, dans le but de valider les solutions proposées vis-à-vis de la distorsion introduite par le tatouage, nous avons mis en place un protocole d’évaluation « psychovisuelle » du tatouage.

The rapid growth of information and communication technologies have offered new possibilities to store, access and transfer medical images over networks. In this context, data leaks, robbery as well as data manipulations represent a real danger needing thus new protection solutions, in terms of data confidentiality, reliability control and data traceability. The work conducted during this Ph.D. thesis aims at the combination, or even the fusion of watermarking and data encryption for medical image security. Nevertheless, the deployment of these protection mechanisms in the healthcare domain should take into account its specificities. Particularly, as medical images constitute large volumes of data, they are usually encoded in lossy or lossless compressed form so as to minimize transmission and storage costs. The first part of this work focused on joint watermarking-compression of medical images so as to be able to verify image reliability from the compressed bitstream without decompressing it, even partially. In the continuity of this work, we were interested in verifying the reliability of compressed and encrypted images while maintaining their confidentiality. Its main principle is based on the insertion of two messages, containing security attributes, in the image during the image compression and encryption. Each of them is only accessible in one domain: the compressed domain or the encrypted domain, without having to decompress or decrypt the image, even partially. Note that these schemes have been developed to be compliant to the DICOM standard. A second part of these research activities focused on the reversible watermarking of encrypted medical images. The reversibility property guarantees the recovery of the original image after removing the inserted watermark. We have developed an original watermarking scheme allowing a reversible insertion of a message in an encrypted image, based on a new robust histogram shifting reversible watermarking modulation. This message is accessible in both encrypted and clear domains. Finally, in order to validate the distortion introduced by watermark embedding in the proposed solutions, we have implemented a “psychovisual” assessment protocol for medical image watermarking.