A tecnologia atual não oferece prevenção contra cópia, adulteração ou plágio de uma imagem estática em meio digital sem autorização do verdadeiro autor. Dado que tais mal feitos não podem ser evitados, resta ao criador da obra original lutar a posteriori por seus direitos nos fóruns adequados (no tribunal, por exemplo). Na época da fotografia analógica com filme, o negativo poderia ser utilizado como prova. Hoje este recurso raramente está disponível e se faz necessária uma solução alternativa. A técnica de Marca d´Água é uma das possibilidades criptográficas existentes para apoiar o autor em sua defesa. O principio da Marca d´Água é o encapsulamento de informações relevantes, preferencialmente de forma imperceptível, na imagem a ser protegida. Tais informações, quando extraídas da imagem marcada, devem revelar o verdadeiro autor num processo de disputa. Soluções de Marca d´Água combinada com Criptografia Visual são encontradas na literatura. A principal vantagem deste caminho é a propriedade Imperceptível por segurança perfeita que a Marca d´Água assume quando tratada por Criptografia Visual. O segredo (neste caso, a Marca d´Água) é segmentado via Criptografia Visual em 2 transparências: uma delas é encapsulada na imagem a ser protegida e a outra é mantida pelo verdadeiro autor. Basta a sobreposição de tais transparências para que a Marca d´Água seja revelada. Nesta pesquisa propomos um novo método, denominado MACV, que combina Marca d´Água, Criptografia Visual e um algoritmo de hashing. O MACV apresenta, entre outras, as seguintes propriedades desejáveis de Marca d´Água: imperceptível por segurança perfeita, alta entropia, armazenamento na própria imagem e sem ambiguidade. Veremos em nossa pesquisa bibliográfica que há uma lacuna de soluções que apresentem, simultaneamente, todas estas propriedades. Esta lacuna torna o MACV único em sua categoria. / Current technology does not prevent copy, tamper or plagiarism of a still image in digital media without authorization of the true author. Since such misdeeds can not be avoided, the creator of the original work has to defend his rights a posteriori in the appropriate forum (in court, for example). A negative could be used as evidence in the era of analog photography. Currently this feature is rarely available and an alternative solution is needed. Watermark is one of the existing cryptographic possibilities to support the author in his defense. A Watermark is embedded into the image to be protected, preferably imperceptibly. Such information when extracted from the watermarked image should reveal the true author in a dispute process. Solutions using Watermark with Visual Cryptography are found in the literature. The main advantage of this way is the property Imperceptible by perfect secrecy that the Water- mark assumes when treated by Visual Cryptography. The key (in this case, the Watermark) is partitioned by Visual Cryptography in 2 transparencies: one is embedded in the image to be protected and the other is kept by the true author. The Watermark is revealed by overlapping such transparencies. In this research we propose a new method, called MACV, combining Watermark, Vi- sual Cryptography and a hashing algorithm. The MACV has, among others, the following desirable properties of Watermark: invisible by perfect secrecy, high entropy, stored into the image itself and unambiguously. We will see in our research that there is no solution that presents, simultaneously, all these properties. This fact makes the MACV the first one to show all these properties

A tecnologia atual não oferece prevenção contra cópia, adulteração ou plágio de uma imagem estática em meio digital sem autorização do verdadeiro autor. Dado que tais mal feitos não podem ser evitados, resta ao criador da obra original lutar a posteriori por seus direitos nos fóruns adequados (no tribunal, por exemplo). Na época da fotografia analógica com filme, o negativo poderia ser utilizado como prova. Hoje este recurso raramente está disponível e se faz necessária uma solução alternativa. A técnica de Marca d´Água é uma das possibilidades criptográficas existentes para apoiar o autor em sua defesa. O principio da Marca d´Água é o encapsulamento de informações relevantes, preferencialmente de forma imperceptível, na imagem a ser protegida. Tais informações, quando extraídas da imagem marcada, devem revelar o verdadeiro autor num processo de disputa. Soluções de Marca d´Água combinada com Criptografia Visual são encontradas na literatura. A principal vantagem deste caminho é a propriedade Imperceptível por segurança perfeita que a Marca d´Água assume quando tratada por Criptografia Visual. O segredo (neste caso, a Marca d´Água) é segmentado via Criptografia Visual em 2 transparências: uma delas é encapsulada na imagem a ser protegida e a outra é mantida pelo verdadeiro autor. Basta a sobreposição de tais transparências para que a Marca d´Água seja revelada. Nesta pesquisa propomos um novo método, denominado MACV, que combina Marca d´Água, Criptografia Visual e um algoritmo de hashing. O MACV apresenta, entre outras, as seguintes propriedades desejáveis de Marca d´Água: imperceptível por segurança perfeita, alta entropia, armazenamento na própria imagem e sem ambiguidade. Veremos em nossa pesquisa bibliográfica que há uma lacuna de soluções que apresentem, simultaneamente, todas estas propriedades. Esta lacuna torna o MACV único em sua categoria. / Current technology does not prevent copy, tamper or plagiarism of a still image in digital media without authorization of the true author. Since such misdeeds can not be avoided, the creator of the original work has to defend his rights a posteriori in the appropriate forum (in court, for example). A negative could be used as evidence in the era of analog photography. Currently this feature is rarely available and an alternative solution is needed. Watermark is one of the existing cryptographic possibilities to support the author in his defense. A Watermark is embedded into the image to be protected, preferably imperceptibly. Such information when extracted from the watermarked image should reveal the true author in a dispute process. Solutions using Watermark with Visual Cryptography are found in the literature. The main advantage of this way is the property Imperceptible by perfect secrecy that the Water- mark assumes when treated by Visual Cryptography. The key (in this case, the Watermark) is partitioned by Visual Cryptography in 2 transparencies: one is embedded in the image to be protected and the other is kept by the true author. The Watermark is revealed by overlapping such transparencies. In this research we propose a new method, called MACV, combining Watermark, Vi- sual Cryptography and a hashing algorithm. The MACV has, among others, the following desirable properties of Watermark: invisible by perfect secrecy, high entropy, stored into the image itself and unambiguously. We will see in our research that there is no solution that presents, simultaneously, all these properties. This fact makes the MACV the first one to show all these properties

Abstract There are many reasons for sharing a photo of a printout. The intention might be to copy the image for personal use or experience an interesting ad with friends. With watermarking, the images can also carry side information and with specialized watermarking methods the information can be read with a mobile device camera. In digital image watermarking, information is hidden on an image in such a way that a computer can read the hidden information but a human cannot discern it. The aim of this thesis is to research the process in which the watermarked image is printed and then read with a digital camera or a camera phone from the printed image. In order to survive the process, the watermark must survive multiple attacks. Some of the attacks occur during printing as the image is halftoned, others when the image is recaptured with a camera, in which case the camera might be rotated around multiple axis. These attacks may cause a loss of synchronization of the watermark and make the extraction impossible. The main objective of the thesis is thus to develop methods that are robust to the printing and capturing process, especially for the situations when the capturing angle is large. This problem contains the circumstances in which the synchronization is lost and the camera lens is not focused properly. In this work, research on digital image watermarking, computational photography and mobile phones are combined. The contributions of this thesis lie in two main parts: First, two print-cam robust methods are proposed, one based on a frame and the other on autocorrelation for synchronization. These two are then used as a basis for an algorithm that recovers the watermark even after camera rotation and image blurring caused by the narrow depth of focus of the lens. The algorithm is later refined and implemented for a mobile phone. The results show that the method is highly robust to capturing the watermark without errors in angles up to 60° with processing times acceptable for real-life applications. / Tiivistelmä On olemassa useita syitä tulosteesta otetun valokuvan jakamiseen. Aikomuksena voi olla kopioida kuva omaan käyttöön tai jakaa mielenkiintoinen ilmoitus ystävien kanssa. Vesileimauksessa kuvaan voidaan sijoittaa lisätietoa ja erityisillä menetelmillä tieto voidaan myöhemmin lukea mobiililaitteen kameralla. Digitaalisten kuvien vesileimauksen tavoite on piilottaa tietoa kuvaan siten, että tietokone pystyy lukemaan piilotetun informaation, siinä missä ihminen ei pysty sitä havaitsemaan. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tutkia prosessia, missä vesileimattu kuva tulostetaan ja vesileima luetaan digitaalisella kameralla tai kamerapuhelimella tulosteesta. Selviytyäkseen tästä prosessista, vesileiman on kestettävä useita hyökkäyksiä. Osa hyökkäyksistä esiintyy tulostuksen aikana, kun kuva rasteroidaan, ja osa valokuvatessa, jolloin kamera voi olla kiertynyt. Näiden hyökkäysten seurauksena vesileiman synkronointi voi kadota, jolloin vesileiman lukeminen ei enää onnistu. Väitöskirjan päätavoitteena on siis kehittää tulostuksen ja valokuvauksen kestäviä vesileimausmenetelmiä erityisesti niitä tilanteita varten, jolloin kuvauskulma on suuri. Tämä ongelma sisältää olosuhteet, joissa synkronointi menetetään, ja kun kameran linssi ei ole kohdistunut oikein. Työssä yhdistetään digitaalinen kuvien vesileimaus, laskennallinen valokuvaus ja matkapuhelimet. Tutkimus voidaan jakaa kahteen osa-alueeseen: Ensimmäisessä kehitetään kaksi tulostuksen ja valokuvauksen kestävää menetelmää, joista toinen perustuu kehykseen ja toinen autokorrelaatioon synkronoinnin säilyttämiseksi. Toisessa osassa näitä menetelmiä hyödynnetään algoritmissa, joka kykenee vesileiman lukemiseen myös silloin kun kameran kiertyminen on voimakasta ja objektiivin kapea tarkennussyvyys aiheuttaa sumeita alueita kuvassa. Tutkimustyön lopussa tätä algoritmia viedään eteenpäin ja testataan matkapuhelinalustalla. Tulokset osoittavat menetelmän kestävän kameran kiertymistä 60°:seen saakka suoritusajoilla, jotka ovat hyväksyttäviä sovelluskäyttöön.