第四章 實驗結果
4.1 剪裁攻擊之實驗結果
此章節針對嵌入浮水印的影像，遭受到剪裁攻擊後，可偵測出被竄改的區域 並對竄改後的位置進行復原影像之動作。如圖 4.3 所示，F16 影像上的中間位置 剪裁 30%，並做定位偵測與復原。
如圖 4.4 到 4.9 所示，(a-1)到(a-9)是嵌入浮水印後的影像遭受到 15%、30%
和 45%的剪裁攻擊，其中是對 Lena 影像與 Lake 影像的左上方、右下方和中間做 15%至 45%的剪裁攻擊。(b-1)到(b-9)是使用本方法對影像被竄改的區域做準確的 定位偵測結果，其中黑點表示偵測出被竄改的區域；反之白點就是未被竄改的區 域。(c-1)到(c-9)是復原被剪裁過後的影像以其 PSNR 值。
如圖 4.10 到圖 4.15 所示，是針對 30%的剪裁攻擊之左上方、右下方和中間 的位置與 45%的剪裁攻擊之左上方、右下方和中間的位置，使用 proposed method 與 He et al.[8]和 Wu[27]的方法來比較，(d-1)到(d-9)是竄改區域的定位偵測結果，
(e-1)到(e-9)是復原剪裁過後的影像及其 PSNR 值。
(a)剪裁攻擊 (b)竄改區域 (c)復原影像
圖 4.3 F16 影像遭受剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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(a-1)剪裁攻擊(左上方) (a-2)剪裁攻擊(中間) (a-2)剪裁攻擊(右下方)
(b-1)竄改區域(左上方) (b-2)竄改區域(中間) (b-3)竄改區域(右下方)
(c-1)復原影像(左上方) PSNR=40.34dB
(c-2)復原影像(中間) PSNR=41.04dB
(c-3)復原影像(右下方) PSNR=41.87dB
圖 4.4 Lena 影像遭受不同位置 15%剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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(a-4)剪裁攻擊(左上方) (a-5)剪裁攻擊(中間) (a-5)剪裁攻擊(右下方)
(b-4)竄改區域(左上方) (b-5)竄改區域(中間) (b-6)竄改區域(右下方)
(c-4)復原影像(左上方) PSNR=37.69dB
(c-5)復原影像(中間) PSNR=38.78dB
(c-6)復原影像(右下方) PSNR=40.41dB
圖 4.5 Lena 影像遭受不同位置 30%剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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(a-7)剪裁攻擊(左上方) (a-8)剪裁攻擊(中間) (a-9)剪裁攻擊(右下方)
(b-7)竄改區域(左上方) (b-8)竄改區域(中間) (b-9)竄改區域(右下方)
(c-7)復原影像(左上方) PSNR=35.50dB
(c-8)復原影像(中間) PSNR=35.31dB
(c-9)復原影像(右下方) PSNR=38.89dB
圖 4.6 Lena 影像遭受不同位置 45%剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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(a-1)剪裁攻擊(左上方) (a-2)剪裁攻擊(中間) (a-3)剪裁攻擊(右下方)
(b-1)竄改區域(左上方) (b-2)竄改區域(中間) (b-3)竄改區域(右下方)
(c-1)復原影像(左上方) PSNR=41.24dB
(c-2)復原影像(中間) PSNR=40.77dB
(c-3)復原影像(右下方) PSNR=40.78dB
圖 4.7 Lake 影像遭受不同位置 15%剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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(a-4)剪裁攻擊(左上方) (a-5)剪裁攻擊(中間) (a-6)剪裁攻擊(右下方)
(b-4)竄改區域(左上方) (b-5)竄改區域(中間) (b-6)竄改區域(右下方)
(c-4)復原影像(左上方) PSNR=36.12dB
(c-5)復原影像(中間) PSNR=37.97dB
(c-6)復原影像(右下方) PSNR=38.16dB
圖 4.8 Lake 影像遭受不同位置 30%剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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(a-7)剪裁攻擊(左上方) (a-8)剪裁攻擊(中間) (a-9)剪裁攻擊(右下方)
(b-7)竄改區域(左上方) (b-8)竄改區域(中間) (b-9)竄改區域(右下方)
(c-7)復原影像(左上方) PSNR=34.25dB
(c-8)復原影像(中間) PSNR=35.80dB
(c-9)復原影像(右下方) PSNR=35.49dB
圖 4.9 Lake 影像遭受不同位置 45%剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像
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Goldhill 影像遭受左上方 30%的剪裁攻擊
(d-1) He et al.[8]
竄改區域
(d-2) Wu[27]
竄改區域
(d-3) Proposed method 竄改區域
(e-1) He et al.[8]
之復原影像 PSNR=34.78dB
(e-2) Wu[27]
之復原影像 PSNR=33.63dB
(e-3) Proposed method 之復原影像 PSNR=39.26dB
圖 4.10 Goldhill 影像遭受左上方 30%的剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像的 比較
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Goldhill 影像遭受右下方 30%的剪裁攻擊
(d-4) He et al.[8]
竄改區域
(d-5) Wu[27]
竄改區域
(d-6) Proposed method 竄改區域
(e-4) He et al.[8]
之復原影像 PSNR=36.22dB
(e-5) Wu[27]
之復原影像 PSNR=32.73dB
(e-6) Proposed method 之復原影像 PSNR=38.81dB
圖 4.11 Goldhill 影像遭受右下方 30%的剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像的 比較
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Goldhill 影像遭受中間 30%的剪裁攻擊
(d-7) He et al.[8]
竄改區域
(d-8) Wu[27]
竄改區域
(d-9) Proposed method 竄改區域
(e-7) He et al.[8]
之復原影像 PSNR=35.67dB
(e-8) Wu[27]
之復原影像 PSNR=32.85dB
(e-9) Proposed method 之復原影像 PSNR=38.59dB
圖 4.12 Goldhill 影像遭受中間 30%的剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像的比 較
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Goldhill 影像遭受左上方 45%的剪裁攻擊
(d-1) He et al.[8]
竄改區域
(d-2) Wu[27]
竄改區域
(d-3) Proposed method 竄改區域
(e-1) He et al.[8]
之復原影像 PSNR=28.43dB
(e-2) Wu[27]
之復原影像 PSNR=30.93dB
(e-3) Proposed method 之復原影像 PSNR=36.45dB
圖 4.13 Goldhill 影像遭受左上方 45%的剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像的 比較
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Goldhill 影像遭受右下方 45%的剪裁攻擊
(d-4) He et al.[8]
竄改區域
(d-5) Wu[27]
竄改區域
(d-6) Proposed method 竄改區域
(e-4) He et al.[8]
之復原影像 PSNR=29.40dB
(e-5) Wu[27]
之復原影像 PSNR=30.84dB
(e-6) Proposed method 之復原影像 PSNR=36.57dB
圖 4.14 Goldhill 影像遭受右下方 45%的剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像的 比較
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Goldhill 影像遭受中間 45%的剪裁攻擊
(d-7) He et al.[8]
竄改區域
(d-8) Wu[27]
竄改區域
(d-9) Proposed method 竄改區域
(e-7) He et al.[8]
之復原影像 PSNR=28.92dB
(e-8) Wu[27]
之復原影像 PSNR=31.01dB
(e-9) Proposed method 之復原影像 PSNR=35.52dB
圖 4.15 Goldhill 影像遭受中間 45%的剪裁攻擊之定位竄改區域與復原影像的比 較
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由圖 4.4 至圖 4.9 得知，Lena 和 Lake 影像遭受到 15%、30%和 45%之左上 角、中間和右下角的剪裁攻擊，使用 Proposed method 來偵測且定位竄改區域都 能精準的定位出來，且在竄改影像中未被竄改的區域，不會造成區塊誤判為竄改 區塊之情形。經由剪裁的區域越大使用本方法來復原，影像不同位置的剪裁攻擊，
其 PSNR 值都能達到 30 dB 以上的復原能力。
由圖 4.10 至圖 4.15 得知，使用 Proposed method 與 He et al. [8]和 Wu [27]比 較，在 Goldhill 影像中遭受到中間位置之 30%的剪裁攻擊，使用 Proposed method 偵測竄改區域的精準度有優於 He et al. [8]的方法，且復原影像的 PSNR 值也高於 3(dB)以上。在 Goldhill 影像中遭受到中間位置之 45%的剪裁攻擊，使用 Proposed method 之定位竄改區域的精準度更為明顯，在 30%的剪裁攻擊時，復原影像的 PSNR 值是 He et al. [8]優於 Wu [27]，隨著竄改區域越大，Wu [27]的復原影像方 法就優於 He et al. [8]，且維持在 30 dB 以上，然而使用 Proposed method，不但 能準確定位出竄改區域，且影像的復原品質也能比其他方法多 3(dB)以上的復原 效果。
如表 4.1、表 4.2 和表 4.3 所示，是 Proposed method、He et al. [8]和 Wu [27]
遭受 15%、30%和 45%之不同位置的剪裁攻擊的影像復原數據 PSNR 值。如表 4.4 是 Goldhill 影像遭受到 15%至 45%的剪裁攻擊驗證竄改區域的準確程度和誤 判程度(FNR、FPR)。如圖 4.16 是 Goldhill 影像的 FNR 折線圖比較。如圖 4.17 到 4.20 是 Proposed method、He et al. [8]和 Wu [27]遭受到不同位置的剪裁攻擊之 影像復原數據 PSNR 值的折線圖比較。
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表 4.1 Proposed method 遭受 15%至 45%剪裁攻擊的復原實驗數據 PSNR(dB)
破壞程度 15% 30% 45%
方向 左上 中間 右下 左上 中間 右下 左上 中間 右下 Lena 40.34 41.04 41.87 37.69 38.78 40.41 35.50 35.31 38.89 F16 41.24 38.00 41.24 38.40 36.02 37.35 34.81 32.74 33.61 Goldhill 41.13 41.58 41.88 39.26 38.59 38.81 36.45 35.52 36.57 Lake 41.24 40.77 40.78 36.12 37.97 38.16 34.25 35.80 35.49
表 4.2 He et al. [8]遭受 15%至 45%剪裁攻擊的復原實驗數據 PSNR(dB)
破壞程度 15% 30% 45%
方向 左上 中間 右下 左上 中間 右下 左上 中間 右下 Lena 40.12 39.45 39.72 35.64 34.21 34.38 28.46 26.94 27.53 F16 40.21 39.05 40.42 35.33 34.27 35.81 30.12 29.41 29.61 Goldhill 40.93 41.02 41.28 34.78 35.67 36.22 28.92 28.43 29.40 Lake 37.05 38.41 37.59 31.45 32.68 31.82 26.08 26.43 25.94
表 4.3 Wu [27]遭受 15%至 45%剪裁攻擊的復原實驗數據 PSNR(dB)
破壞程度 15% 30% 45%
方向 左上 中間 右下 左上 中間 右下 左上 中間 右下 Lena 37.23 35.48 36.87 34.81 33.42 33.86 31.27 29.69 32.36 F16 36.57 33.52 34.52 33.59 30.49 31.02 29.66 28.81 29.01 Goldhill 36.31 35.92 36.00 33.63 32.85 32.73 30.93 31.01 30.84 Lake 34.73 35.00 34.25 30.73 31.95 31.66 28.06 29.67 29.39
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57 法，但在 30%至 45%的剪裁攻擊時，Proposed method 的復原影像品質，就漸漸 優於其他類方法。Goldhill 影像遭受到右下角位置的剪裁攻擊，使用 Proposed method 的雙立方內插或雙線性內插來復原被竄改的 Goldhill 影像，都有就好的復 原程度，且優於 He et al. [8]和 Wu [27]的方法，PSNR 值也提升 5 dB 左右。
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