Bachelor- oder Masterarbeit Bildforensik

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erik.tews
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Registriert: 5. Jan 2004 20:48

Bachelor- oder Masterarbeit Bildforensik

Beitrag von erik.tews »

Analyse von Bildern in akademischen Veröffentlichungen auf Spuren von Bildbearbeitung oder anderen Manipulationen

Ziel der Arbeit ist es, spezielle Bildtypen, die oft in Medizinischen oder Biologischen Veröffentlichungen verwendet werden, automatisiert auf Manipulationen hin zu untersuchen. Dabei soll in folgenden Schritten vorgegangen werden:

1. Sammeln einer großen Menge von Veröffentlichungen
Im ersten Schritt sollen große Mengen von Veröffentlichungen gesammelt werden. Eine mögliche Quelle dafür ist die PubMed Datenbank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/), die sehr viele frei verfügbare Artikel enthält. Bei den meisten Arbeiten handelt es sich um in den USA mit öffentlichen Mitteln geförderte Forschung im medizinischen Bereich. Zusätzlich soll noch eine weitere Datenbank aus anderen Forschungskreisen benutzt werden, also Arbeiten, die in anderen geographischen Regionen entstanden sind, oder durch andere Wege finanziert wurden, oder an anderen Institutionen erstellt wurden. Die Verfahren zur Sammlung sollen weitestgehend automatisiert laufen, so dass später einmal auf gleichem Weg neue Werke und Dokumente hinzugefügt werden können, oder die Datenbasis erweitert werden kann.

2. Extraktion von Bildern aus diesen Veröffentlichungen
Da viele Arbeiten als PDF vorliegen, sollten automatisiert die Bilder aus diesen Veröffentlichungen extrahiert werden. Dabei ist zu beachten, dass Bilder beim Extrahieren nicht automatisch im Format konvertiert werden, oder noch zusätzlich komprimiert werden.

3. Automatisches erkennen und aufbereiten dieser Bilder
Die extrahierten Bilder sollten automatisch klassifiziert werden. Für die Arbeit sind insbesondere zwei Bildtypen von Interesse: Westernblot und Fluoreszenzmikroskopie Bilder. (https://de.wikipedia.org/wiki/Western_Blot, https://de.wikipedia.org/wiki/Fluoreszenzmikroskopie). In den extrahierten Bildern können neben den eigentlichen Abbildungen noch weitere Elemente enthalten sein, wie z. B. Beschriftungen, Legenden, Freitexte und andere Anmerkungen. Die sind ggf. zu markieren oder zu entfernen

4. Erstellen von eigenen Manipulationen an diesen Bildern mit verschiedenen Programmen
Einige wenige Bilder sollen dann mit verschiedenen Programmen manipuliert werden. Folgende Manipulationen sind möglich:
  • Übermalen von Teilen der Abbildung mit neutraler Farbe
    Kopieren eines Hintergrundbereichs auf eine andere Gegend, um dort etwas zu verstecken
    Duplizieren von Bildbereichen mit kleiner Modifikation, z. B. spiegeln, 180° Drehung
    Lokale Änderung der Helligkeit/Kontrastwerte
    Kopieren eines Bildbereichs in ein anderes Bild
    Freihand-Malen
    Und möglicherweise weiteres
Die Manipulationen sollen auf jeden Fall mit weit verbreiteter Software gemacht werden, ohne spezielle Gegenmaßnamen gegen eine forensische Untersuchung zu benutzen. Möglichkeiten wären:
  • Paint
    Microsoft Office
    GIMP
    Photoshop
    Weitere Bestandteile von Betriebssystemen wie Windows oder MacOS
5. Schaffen von Werkzeugen, die diese Manipulationen weitestgehend automatisiert erkennen können
Im nächsten Schritt sollen Werkzeuge benutzt werden, um diese Manipulation zu erkennen. Wichtig ist, dass die Werkzeuge zum großen Teil automatisch arbeiten, so dass ein auswerten von großen Datenbeständen schnell möglich ist. Das Werkzeug darf dabei gerne auf die einzelnen Bildarten und ihre speziellen Eigenschaften zugeschnitten werden. Wichtig ist noch, dass die Ausgabe so aufbereitet wird, dass die gefundenen Manipulationsstellen in einem Bild so markiert werden, dass sie später von einem Menschen überprüft werden können. Anzeichen für mögliche Manipulationen könnten z. B. folgende Effekte sein:
Kannten irgendwo in Bereichen mit weitestgehend gleicher Farbe (Hintergrund)
Abweichungen im Rauschverhalten in optisch gleichen Bereichen
Auffälligkeiten im Histogramm, z. B. Ausreißer der Kurven
Copy-Move-Attacken, also doppelte Bildbereiche, ggf. transformiert

6. Ausführen der Analyse und Auswerten der gefundenen Treffer
Die Tests sollen dann auf den extrahierten Bildern der Veröffentlichungen ausgeführt werden. Treffer werden händisch kontrolliert, und false-positives werden händisch aussortiert, oder die Testmethoden werden noch einmal angepasst, bis die false-positive Rate auf einen erträglichen Wert gesunken ist.

7. Aufbereitung der Ergebnisse
Alle wirklichen gefundenen Manipulationen sollen dann aufbereitet und mit anderen Tools wie z. B. GIMP visualisiert werden. Interessant hier sind noch Vermutungen über die Quelle der Manipulation. Bei vielen Treffern ist noch eine Aufschlüsselung nach Veröffentlichungsquelle interessant, um ggf. Trends zeigen zu können. Ebenfalls sollen auch die Treffer bei den eigenen Bildmanipulationen gezeigt werden.

8. Kontakt
Bei Interesse melden sie sich bei Erik Tews e_tews@seceng.informatik.tu-darmstadt.de

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