CC BY
12Решетневские чтения. 2018
УДК 004.932
ОСОБЕННОСТИ ВСТРАИВАНИЯ МУЛЬТИМЕДИЙНОЙ ИНФОРМАЦИИ В МЕДИЦИНСКИЕ СНИМКИ
Е. И. Савчина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрена технология цифрового аннотирования снимков, применяемая с целью сокращения объемов передаваемой и хранимой информации. Получены основные критерии для дальнейшего выбора методов встраивания цифрового водяного знака.
Ключевые слова: цифровые водяные знаки, аннотирование снимков, маркирование.
FEATURES OF MULTIMEDIA INFORMATION EMBEDDING IN MEDICAL IMAGES
E. I. Savchina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article describes digital capturing technology of medical images. This technology helps to reduce the volume of transmitted information. We have obtained general criteria to choose the appropriate methods of digital watermark embedding.
Keywords: digital watermarking, capturing of photograph, marking.
Введение. В настоящее время фото и видео аппаратура способна предоставить качественные материалы, с помощью которых люди в своей деятельности могут оперировать высокоточной информацией о состоянии того или иного объекта, расположенного на снимке Полноразмерные снимки высокого разрешения сами по себе представляют значительный объем информации для хранения и передачи, однако помимо самого снимка часто требуется наличие сопутствующей информации (описание, дата создания, локация и другие специальные данные). Для сокращения объема передаваемой и хранимой информации существуют методы цифрового аннотирования снимков (от англ. capturing) изображений, позволяющие встраивать сопутствующую информацию в область снимка. Данная технология является одним из менее распространенных применений цифрового маркирования - технологии встраивания цифровых водяных знаков (ЦВЗ) в мультимедийную информацию, как правило, с целью защиты авторских прав [1]. Она применима к любым снимкам: космическим (спутниковым), медицинским, аэрофотоснимкам земной поверхности и др. Основные моменты, описанные далее, справедливы для любых видов снимков, различие будет только в структуре и содержании сопутствующей информации. Цифровое маркирование снимков (ЦМС) является частным случаем цифрового маркирования с более высокими требованиями к безопасности, конфиденциальности и целостности наносимой информации [2].
Требования к пропускной способности. Требования к цифровому маркированию медицинских
снимков закреплены в международном стандарте медицинских снимков и данных (англ.: Digital Imaging and COmmunications in Medicine (DICOM)), существующем с 1993 года. Все двадцать частей стандарта DICOM [3] периодически пересматриваются. Стандарт DICOM предоставляет единый формат файла для хранения и передачи цифровых медицинских изображений в медицинских центрах. Обобщенная концепция DICOM предоставляет поддержку технологии электронного здравоохранения (англ.: Electronic Health Record), которая заменяет неэффективную парадигму бумажных документов [4].
Основной идеей ЦМС является встраивание нескольких типов информации:
- цифровая подпись врача;
- хрупкий водяной знак;
- электронная запись пациента;
- изображение интересующей области.
Эти четыре типа информации представлены в разных формах; некоторые из них шифруются в соответствии с требованиями DICOM. Так как вышеперечисленная информация должна быть переведена в единый бинарный формат для встраивания, она будет представлять собой большой объем двоичных данных. Это в свою очередь накладывает ограничения на выбор метода цифрового маркирования, так как не каждый из них обладает достаточно высокой пропускной способностью.
Требования к обратимости водяного знака. Как правило, в медицинских снимках уровень важности информации каждого пиксела очень высок. Такие
Программные средства и информационные технологии
изображения содержат минимум избыточной информации, что приводит к тщательному подбору методов, которым должен быть встроен водяной знак. На текущий момент еще не известны полностью обратимые, и при этом слепые, методы встраивания (методы, не требующие дополнительной информации для считывания водяного знака, будь то оригинал или ключ) [5]. Так как одной из задач ЦМС является сокращение объема хранимой информации, то использование не слепых методов с использованием оригинала абсолютно нелогично. Таким образом, для решения задачи ЦМС необходимо определить, какая из областей снимка является наиболее подходящей для встраивания.
На любом медицинском снимке можно выделить так называемую зону интереса (англ: Region of Interest (ROI)). Это наиболее важный элемент снимка, который содержит какую-либо патологию или нарушение запечатленного органа. Такая область, конечно же не может быть выделена автоматически, решение о назначении зоны интереса принимает эксперт в данной области. Важной особенностью ROI (желтый прямоугольник на рис. 1) является ее небольшой размер относительно размеров самого снимка. В противовес зоне интереса на снимке так же присутствует область, лежащая вне ее, которую можно поделить на две явные части - зона объекта снимка, пусть и не входящая в зону интереса и фон (см. рисунок).
Область о&ьекта
Три основные области снимка
Так как, зона объекта исследования может быть дополнительно полезна в дальнейшем или в случае ошибки специалиста, встраивание водяного знака должно происходить в эту область минимально и «с максимальной осторожностью» (т. е. либо подбираются наиболее деликатные методы встраивания, либо это регулируется изменением значений параметров встраивания одним общим методом для всего снимка). Область фона при этом задействуется с максимальной возможностью, с осторожностью при подходе к границам. Такое сегментирование возможно в автоматическом режиме. Таким образом, на одном снимке отмечается три или четыре зоны с разной степенью важности:
- зона интереса - неприкосновенная часть снимка, являющаяся частью водяного знака;
- зона объекта исследования вне зоны интереса;
- зона границы объекта и фона (факультативный сегмент);
- область фона.
В случае если граница не выделяется в отдельный сегмент, она приравнивается к области объекта и имеет более высокий приоритет защиты, чем фоновая область.
Таким образом, в работе были выявлены основные моменты для аннотирования снимков: определена структура встраиваемой информации, доказана необходимость использования методов встраивания ЦВЗ с высокой пропускной способностью, а также предложен вариант внедрения информации с использованием нескольких методов, различающихся по степени обратимости и силе встраивания, в зависимости от задействованной области снимка.
Библиографические ссылки
1. Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев В. И. Цифровая стеганография. М. : СОЛОН-Пресс, 2002. 272 с.
2. Das S., Kundu, M.K. Effective management of medical information through a novel blind watermarking technique // Journal of Medical Systems, 2012. Vol. 36 (5). P. 3339-3351.
3. Стандарт DlCOM [Электронный ресурс]. URL: http://dicom.nema.org/ (дата обращения: 12.07.2018).
4. Blackledge J., Al-Rawi A. Stegacrypion of DlCOM Metadata. // ln: The 25th lrish Signals & Systems Conference and China-lreland lnternational Conference on lnformation and Communications Technologies, Limerick, lreland, 2014. P. 304-309.
5. Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика : учеб. пособие. М. : МК-Пресс, 2006. 288 с.
References
1. Gribunin V. G., Okov l. N., Turincev V. l. Tsi-frovaya steganografiya [Digital steganography]. - Moscow, SOLON-Press., 2002. 272 p. (ln Russ.)
2. Das, S., Kundu, M. K. Effective management of medical information through a novel blind watermarking technique. Journal of Medical Systems. 2012. Vol. 36(5). P. 3339-3351.
3. Standart DlCOM [Электронный ресурс]. Available at: http://dicom.nema.org/ (accessed: 12.07.2018).
4. Blackledge J., Al-Rawi A., 2014. Stegacrypion of DlCOM Metadata. In: The 25th Irish Signals & Systems Conference and China-Ireland International Conference on Information and Communications Technologies, Limerick, lreland, 2014. P. 304-309.
5. Konakhovich G. F., Puzyrenko A. Yu. Kom-p'yuternaya steganografiya. Teoriya i praktika. [Computer Steganography. Theory and practice]. Moscow, MK-Press., 2006. 288 p.
© Савчина Е. И., 2018
