République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Hadj Lakhdar Batna Faculté de Technologie Département d’Électronique THÈSE Présentée pour l’obtention du diplôme de DOCTORAT en SCIENCES en Électronique OPTION Microélectronique Par Mme Samia BELKACEM Thème Chaos based image watermarking Soutenue devant le jury composé de : Dr. BENATIA Djamel Prof. Université Batna Président Dr. BOURIDANE Ahmed Prof. Université Northumbria Rapporteur Dr. DIBI Zohir Prof. Université Batna Co-rapporteur Dr. FORTAKI Tarek Prof. Université Batna Examinateur Dr. BOUTOUT Farid Prof. Université Bordj Bou-Arreridj Examinateur Dr. MESSAI Abderraouf Prof. Université Constantine 1 Examinateur Remerciements Tout d’abord je remercie le Bon Dieu, le tout puissant, de nous avoir donné la santé, le courage, la patience et surtout la raison. Ce travail a été effectué au laboratoire d’Electronique Avancée de l’université de Batna. Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à monsieur Ahmed BOURIDANE, Professeur à l’université de Northumbria, UK, pour avoir dirigé ce travail, pour ses nombreuses remarques qui ont montré une très vaste connaissance du sujet, pour les conseils scientifiques et les encouragements qu’il ma prodigué. J’adresse mes remerciements les plus sincères à mon co-directeur de thèse Professeur Zohir DIBI, Vice Recteur de l’université de Batna, pour son encadrement constant et efficace tout au long de l’élaboration de ce travail de recherche au cours duquel j’ai pu apprécier ses qualités tant humaines que professionnelles. Vous m’avez toujours réservé le meilleur accueil, malgré vos obligations professionnelles. Je tiens à remercier les membres de jury, à commencer par le Professeur Djamel BENATIA de l’université de Batna, pour l’honneur qu’il m’a fait en présidant le jury de cette thèse. Mes remerciements vont également au Professeur Tarek FORTAKI de l’université de Batna pour avoir accepter de juger ce travail. Au Professeur Farid BOUTOUT du département d’électronique de l’université de Bordj Bou-Arreridj, le Professeur Abderraouf MESSAI du département d’Electronique de l’université de Constantine 1 j’exprime ma profonde gratitude pour m’avoir honoré en acceptant de juger ce travail. Enfin, je remercie tous ceux qui m’ont soutenu, encouragé et donné l’envie de mener à terme ce travail. Mme. BELKACEM Samia ii Résumé L'objectif de cette thèse était de concevoir des nouvelles approches de tatouage d’images numériques permettant d'obtenir le meilleur compromis entre la robustesse et l'invisibilité. Nous avons proposé des méthodes de tatouage chaotique des images numériques ; les domaines d'insertion adoptés sont le domaine spatial et le domaine transformé tel que la DCT et la DWT. Les points de faiblesse de l’œil humain ont été exploités pour la conception des masques perceptuels pour la pondération de la marque. Il s’agit de la détermination des zones texturées et la modélisation de l’effet de la luminance. L’utilisation de ces masques dans le domaine spatial et fréquentiel, ont permis l’obtention d’un système robuste aux attaques et en même temps ne dégrade pas la qualité de l’image tatouée. Dans le domaine DCT, l’insertion de la marque est faite par l’exploitation des masques visuels proposés. L’étude de performance de ces schémas en terme de qualité et de robustesse est effectuée. Le domaine des ondelettes est également introduit, en vue d’élaboration des systèmes de tatouage chaotique des images numériques par l’utilisation des masques proposés. Nous avons fait appel dans cette thèse à la notion de l’image de référence. Les deux systèmes de détection semi aveugle et non aveugle ont été utilisés pour la détection du filigrane. Une modélisation des coefficients DCT a été faite par l’utilisation de la distribution Γ. L’évaluation de leur paramètres est basée sur l’utilisation de la méthode des moments ; où les statistiques de l’image est prise en considération pour la conception d’un système de détection. L'étude des performances a permis de mettre en évidence les avantages des approches proposées en termes d'invisibilité et de robustesse face aux différentes attaques avec une détection aveugle. Mot clefs : Carte chaotique, tatouage d’image, détection du filigrane, HVS, domaine fréquentiel, domaine spatial, Modélisation de la DCT, méthodes des moments. iii Abstract The objective of this thesis was to design new approaches for digital image watermarking in the goal to obtain the best compromise between robustness and invisibility. These methods involve the chaotic watermarking of digital images. The areas of the watermark insertion are adopted to both spatial and transform domain such as DCT and DWT. The weakens points of the human eye are exploited for the design of the perceptual masks for the weighting of the watermark. It is about the determination of the textured areas and modeling of the effect of brightness. The use of these masks in the spatial domain and frequency domain, have allows obtaining a robust system against to the attacks and in the same time which does not degrade the image quality. In the DCT domain, the insertion of the watermark was made by the operation of the proposed visual masks, and these schemes performance is studies in terms of quality and robustness. The wavelet domain is also investigated for the chaotic watermarking images using the proposed masks. The concept of the reference image was used. Blind and not blind systems are used for the watermark detection. Modeling the DCT coefficients was made by using the  distribution, and evaluation of their parameters is based on the use of the moment method; where the statistics of the image is taken into account for the design of a detection system. The performance study has highlighted the benefits of the proposed approaches in terms of invisibility and robustness against various attacks with blind detection. Key-words: Chaotic map, image watermarking, watermark detection, HVS, transform domain, spatial domain, DCT modeling, moment method. iv ﻣﻠﺨﺺ ﻳﺘﻤﺜﻞ اﻟﻬﺪف ﻣﻦ ﻫﺬه اﻟﺮﺳﺎﻟﺔ ﻓﻲ ﺗﺼﻤﻴﻢ ﻣﻨﺎﻫﺞ ﺟﺪﻳﺪة ﻟﻮﺷﻢ اﻟﺼﻮر اﻟﺮﻗﻤﻴﺔ ﻟﻠﺤﺼﻮل ﻋﻠﻰ أﻓﻀﻞ ﺣﻞ ﺑﻴﻦ اﻟﺠﻮدة و اﻟﻤﺘﺎﻧﺔ ﺑﺎﺳﺘﻌﻤﺎل ﺧﺮاﺋﻂ اﻟﻔﻮﺿﻰ، واﻟﺘﻲ ﺗﻌﺘﻤﺪ ﻋﻠﻰ اﻟﻤﺠﺎل اﻟﻤﺴﺎﺣﻲ و اﻟﺘﻮاﺗﺮي . ﻐﺳﺘ أ ﻠﺖ ﻧﻘﺎط ﺿﻌﻒ اﻟﻨﻈﺎم اﻟﺒﺼﺮي ﻟﺘﺼﻤﻴﻢ اﻷﻗﻨﻌﺔ اﻟﺒﺼﺮ ، ﻳﺔ وذﻟﻚ ﺑﺘﻌﻴﻴﻦ اﻟﻤﻨﺎﻃﻖ اﻟﻤﺮﻛﺒﺔ وﻧﻤﺬﺟﺔ اﻟﻨﻘﺎط اﻟﻤﻀﻴﺌﺔ ﻟﻮ زن اﻟﻮﺷﻢ . ﻫﺬه اﻷﻗﻨﻌﺔ ﺗﻢ ﺗﻄﺒﻴﻘﻬﺎ ﻓﻲ اﻟﻤﺠﺎل اﻟﻤﺴﺎﺣﻲ و اﻟﺘﻮاﺗﺮي ﻟﻮﺷﻢ اﻟﺼﻮر اﻟﺮﻗﻤﻴﺔ، ﻟﻠﺤﺼﻮل ﻋﻠﻰ ﻧﻈﺎم ﻗﻮي ﺿﺪ اﻟﻬﺠﻤﺎت ﺑﺪ ون أن ﻧﻔﻘﺪ اﻟﺼﻮرة اﻟﺮﻗﻤﻴﺔ ﺟﻮد .ﺗﻬﺎ ﻓﻲ ﻣﺠﺎل DCT ، ﺗﻢ إدﺧﺎل اﻟﻮﺷﻢ ﺑﺎﺳﺘﻌﻤﺎل اﻷ ﻗﻨﻌﺔ اﻟﺒﺼﺮﻳﺔ اﻟﻤﻘﺘﺮﺣﺔ، وﻗﺪ ﺗﻢ ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻫﺬه اﻟﺪراﺳﺔ ﻣﻦ ﺣﻴﺚ اﻟﺠﻮدة و اﻟﻤﺘﺎﻧﺔ . اﺳﺘﺨﺪﻣﻨﺎ أﻳﻀﺎ ﻣﺠﺎل اﻟﻤﻮﻳﺠﺎت اﻟﻤﺘﻘﻄﻊ ﻟﻮﺷﻢ اﻟﺼﻮر ﺑﺎﺳﺘﻌﻤﺎل ﺧﺮاﺋﻂ اﻟﻔﻮﺿﻰ ﻋﻦ ﻃﺮﻳﻖ اﺳﺘﻌﻤﺎل اﻷﻗﻨﻌﺔ اﻟﻤﻘﺘﺮﺣﺔ ﻣﻊ اﻟﻠﺠﻮء اﻟﻰ ﻧﻈﺎم اﻟﻜﺸﻒ اﻷﻋﻤﻰ و اﻟﻐﻴﺮ اﻷﻋﻤﻰ ﻟﻠﺘﻌﺮف ﻋﻦ اﻟﻮﺷﻢ . وﻗﺪ اﺳﺘﺨﺪم أﻳﻀﺎ ﻣﻔﻬﻮم اﻟﺼﻮرة اﻟﻤﺮﺟﻌﻴﺔ . ﻧﻤﺬﺟﺔ ﻣﻌﺎﻣﻼت DCT ﺗﻢ إﺟﺮاؤﻫﺎ ﺑﺎﺳﺘﺨﺪام اﻟﺘﻮزﻳﻊGΓD ، وﻳﺴﺘﻨﺪ ﺗﻘﻴﻴﻢ اﻟﻤﻌﺎﻣﻼت ﺑﺎﺳﺘﺨﺪام ﻃﺮﻳﻘﺔ اﻟﻌﺰوم؛ ﺣﻴﺚ ﻳﺘﻢ أﺧﺬ اﻹﺣﺼﺎءات ﻣﻦ اﻟﺼﻮرة ﻓﻲ اﻟﺤﺴﺒﺎن ﻟﺘﺼﻤﻴﻢ ﻧﻈﺎم اﻟﻜﺸﻒ اﻟﺬي ﻻ ﻳﻌﺘﻤﺪ ﻋﻠﻰ اﻟﺼﻮرة اﻷﺻﻠﻴﺔ . وﻗﺪ أﺑﺮزت اﻟﺪراﺳﺔ اﻟﺘﻲ ﻗﻤﻨﺎ ﺑﻬﺎ ﻓﻮاﺋﺪ اﻟﻨﻬﺞ اﻟﻤﻘﺘﺮح ﻣﻦ ﺣﻴﺚ اﻟﺠﻮدة واﻟﻤﺘﺎﻧﺔ ﺿﺪ ﻫﺠﻮم اﻟﻀﻐﻂ ﻣﻊ اﺳﺘﻌﻤﺎل اﻟﻜﺸﻒ اﻷﻋﻤﻰ . ﻣﻔﺘﺎﺣﻴﺔ ﻛﻠﻤﺎت : ،اﻟﻮﺷﻢ ﻛﺸﻒ ،اﻟﺼﻮر وﺷﻢ ،اﻟﻔﻮﺿﻰ ﺧﺮاﺋﻂHVS ، اﻟﻤﺠﺎل ،اﻟﺘﻮاﺗﺮي اﻟﻤﺠﺎل ﻧﻤﺬﺟﺔ ،اﻟﻤﺴﺎﺣﻲDCTاﻟﻌﺰوم ﻃﺮﻳﻘﺔ ، . v Liste des figures Figure I. 1 : Echantillon de 2D de la carte skew tent produite lorsque  = .  ; (a) : =0.2, (b) : = . . ..................................................................................................................................... 11 Figure I. 2 : 300 points d'une trajectoire typique du système de la carte skew tent, pour a = 0.63 ................................................................................................................................................................. 12 Figure I. 3 : Watermak généré par la carte de Bernoulli ;(a) :n=3 ;(b) :n=7 .......................... 13 Figure I. 4 : Filigrane généré par la carte logistique (a) : y0=0.001 et λ=3.83, (b) : y0=0 et λ=4, (c) : y0=0.1 et λ=3.98 ......................................................................................................................... 14 Figure I. 5 : Sensibilité de la carte logistique à la valeur initiale (0.1, 0.1001 et 0.2) ......... 15 Figure I. 6 : (a) : Fonction d'autocorrélation, (b) : Fonction de corrélation croisée des séquences chaotiques d’une longueur 2000. (Carte logistique) ................................................ 16 Figure I. 7 : Diagramme de bifurcation de la carte logistique ( entre 0 et 4)...................... 16 Figure I. 8 : Diagramme de bifurcation de la carte logistique ( entre 3.4 et 4) .................. 17 Figure II. 1 : Transmission d’un message par le tatouage d’un document ............................. 22 Figure II. 2 : Modèle général du processus d’insertion et de détection ................................... 23 Figure II. 3 : Image de logo :(a) : Logo de l’université de Batna ;(b) : Logo d’Air Algérie ;(c) : Logo de la Télévision Algérienne.................................................................................. 23 Figure II. 4 : (a): La carte Skew tent (0.9); (b): La carte logistique (y0=0.1 et λ=3.98) ; (c): La carte de Bernoulli (n=3) ....................................................................................................................... 24 Figure II. 5 : Les éléments contradictoires d'un système de tatouage ..................................... 26 Figure II. 6 : Tatouage additive dans le domaine spatial : (a) : Le logo de l’université de Batna ; (b) : Image originale Watch ;(c) : Image tatouée avec = . ;(d) : Image tatouée avec = .  .................................................................................................................................................. 28 Figure II. 7 : Tatouage multiplicative dans le domaine spatial : (a) : Le logo de l’université de Batna ; (b) : Image originale Watch ;(c) : Image tatouée avec = . ;(d) : Image tatouée avec = .  .................................................................................................................................. 29 Figure II. 8 : Etapes du procédé d'insertion uploads/Litterature/ ing-samia-belkacem 1 .pdf

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littérature tatouage filigrane figure domaine image
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