ENF-Based Multimedia Authentication
Creators: name: Μωυσιάδης, Χρήστος Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Συχνότητα Ηλεκτρικού Δικτύου
Κύκλωμα φωτοδιόδου
Ρεαλιστικές συνθήκες
ENF
Photodiode circuit
Realistic scenarios

description: Electric Network Frequency (ENF) acts as a fingerprint in multimedia forensics applications. In indoor environments, ENF variations affect the intensity of light sources that are connected to power mains. Accordingly, the light intensity variations captured by sensing devices can be exploited to estimate the ENF. In this thesis, an optical sensing device based on photodiodes is developed for capturing ENF variations in indoor lighting environments. In addition, a device that senses ENF directly from power mains is developed that serves as a ground truth ENF collector. Based on a series of extensive experiments, it is attested that the device based on photodiode can provide a reliable ENF estimate of the same quality to that obtained from power mains. Static and non-static video recordings captured by a camera are also employed to verify ENF estimation. The camera serves as a second optical sensor. An approach based on the Simple Linear Iterative Clustering (SLIC) algorithm for image segmentation is employed for estimating the ENF in video recordings and the parameters of the procedure are thoroughly studied. Estimated ENF signals derived by either the photodiode or the camera are compared against the ground truth ENF signal that are captured by the device from power mains. The maximum correlation coefficient is employed to measure the ENF similarity between the signals. The major contribution of this thesis is in the disclosure of extensive experimental evidence on ENF estimation in scenes ranging from white wall recordings to complex and realistic scenes including human activity, various textures and shadowing.
description: Η Συχνότητα του Ηλεκτρικού Δικτύου (ΣΗΔ) δρα ως δακτυλικό αποτύπωμα στις εφαρμογές της εγκληματολογίας που αφορούν πολυμεσικό υλικό. Σε εσωτερικούς χώρους, οι διακυμάνσεις της ΣΗΔ επηρεάζουν την ένταση των φωτεινών πηγών που είναι συνδεδεμένες στο ηλεκτρικό δίκτυο. Ακολούθως, οι διακυμάνσεις της φωτεινότητας που λαμβάνονται από συσκευές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της ΣΗΔ. Σε αυτή την εργασία, αναπτύσσεται μία οπτική συσκευή βασισμένη σε φωτοδίοδο για την λήψη των διακυμάνσεων της ΣΗΔ σε φωτισμένους εσωτερικούς χώρους. Επιπλέον, αναπτύσσεται μία συσκευή για την λήψη της ΣΗΔ απευθείας από την πρίζα, η οποία λειτουργεί ως συλλέκτης της ΣΗΔ αναφοράς. Διεξάγοντας μία σειρά πειραμάτων, επιβεβαιώνεται ότι η συσκευή βασισμένη στην φωτοδίοδο παρέχει μία αξιόπιστη εκτίμηση της ΣΗΔ, ίσης ποιότητας με αυτή που λαμβάνεται από την πρίζα. Για την επαλήθευση της εγκυρότητας της εκτίμησης της ΣΗΔ δημιουργούνται σύνολα δεδομένων που περιέχουν στατικές και μη στατικές καταγραφές από μία κάμερα. Η κάμερα λειτουργεί ως δεύτερος οπτικός αισθητήρας. Για την εκτίμηση της ΣΗΔ από τα βίντεο χρησιμοποιείται μία προσέγγιση βασισμένη στην κατάτμηση εικόνας μέσω της Απλής Γραμμικής Επαναλαμβανόμενης Ομαδοποίησης (SLIC) και οι παράμετροι της διαδικασίας εξετάζονται εκτενώς. Διεξάγεται μία σειρά συγκρίσεων μεταξύ της εκτίμησης των σημάτων ΣΗΔ που λαμβάνονται είτε από το κύκλωμα της φωτοδιόδου είτε από την κάμερα, με την ΣΗΔ αναφοράς που λαμβάνεται από το κύκλωμα που είναι συνδεδεμένο απευθείας στο ηλεκτρικό δίκτυο. Ο μεγίστος συντελεστής συσχέτισης χρησιμοποιείται για την μέτρηση της ομοιότητας μεταξύ των σημάτων ΣΗΔ. Η μεγαλύτερη συνεισφορά αυτής της εργασίας έγκειται στην δημοσιοποίηση αναλυτικών πειραματικών τεκμηρίων στην εκτίμηση της ΣΗΔ από καταγραφές που κυμαίνονται από απλές στατικές καταγραφές εώς πολύπλοκες και ρεαλιστικές, που εμπεριέχουν ανθρώπινη δραστηριότητα, ποικίλες υφές και σκίαση.