BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Citra medis merupakan catatan informasi penting seorang pasien yang disimpan pada media penyimpanan maupun basis data rumah sakit yang dapat dipertukarkan antara rumah sakit ataupun pusat data kesehatan melalui media transmisi berupa jaringan internet. Citra medis didapatkan dari Computerized Radiography, Computer Tomography (CT), Ultrasound (US), Magnetic Resonance Imaging (MRI), dan sebagainya [1]. Untuk pengolahan informasi pasien dan citra medis harus diatur dengan benar agar dapat menghindari kesalahan penanganan dan kehilangan data, serta untuk meningkatkan pemanfaatan yang efisien dan bandwidth saluran komunikasi dan ukuran penyimpanan data harus dikurangi. Keamanan citra medis menjadi isu yang penting terutama untuk memproteksi integritas citra ketika citra dan informasi pasien di transmisikan melalui media internet, karena citra digital mudah digandakan dan dimodifikasi menggunakan software pengolahan gambar seperti Photoshop [1], [2]. Teknik yang umum digunakan untuk keamanan citra digital adalah kriptografi, teknik ini hanya bisa digunakan untuk melindungi keamanan citra digital, ketika salah satu skema seperti RSA, AES, DES, atau MD5 digunakan untuk keamanan citra digital, perubahan yang terjadi pada citra digital dapat terdeteksi, namun skema ini tidak dapat menemukan dimana daerah atau koordinat dari citra yang mengalami perubahan atau kerusakan (tamper detection). Teknik authentication citra adalah salah satu metode yang sering digunakan untuk copyright protection, owner s identification, image authentication, dan tamper detection [3]. Ada 2 kategori authentication yaitu hard authentication dan soft authentication kedua metode tersebut dapat memastikan integritas citra [1], teknik hard authentication seperti Message Authentication Code (MAC) [1], [4] dimana pengirim akan menciptakan kode otentikasi pesan (MAC) dan melakukan enkripsi dengan algoritme enkripsi, kemudian citra digital dan MAC yang ter- 1

2 enkripsi akan diberikan kepada penerima. setelah penerima menerima citra digital dan MAC yang ter enkripsi, penerima akan mencoba membandingkan MAC yang ter-enkripsi dengan MAC dari gambar yang diterima, dari hasil tersebut penerima dapat menentukan apakah citra digital yang diterima dimodifikasi atau tidak. Sedangkan soft authentication seperti watermarking [1][5] kode otentikasi biasanya berasal dari fitur yang menonjol dari citra asli dan kemudian melakukan penyisipan secara langsung ke dalam citra. Pada sisi penerima, kode otentikasi yang disisipkan di ekstrak untuk mendapatkan vektor dari fitur asli dan vektor ini kemudian dibandingkan dengan vektor yang dihitung dari citra. Jika citra asli dirusak, maka kedua vektor tersebut akan berbeda. Kedua teknik otentikasi yang telah disebutkan di atas sangat sederhana dan sangat mudah untuk diimplementasikan, namun tidak tepat jika diterapkan pada citra medis, karena jika teknik MAC di terapkan pada citra medis, maka akan terdapat dua proses pengiriman yaitu pengiriman MAC yang ter-enkripsi dan citra asli, ini akan menyebabkan biaya komunikasi menjadi tinggi. Kemudian pada teknik watermarking, teknik ini tidak hanya memodifikasi citra tetapi juga merusak citra asli secara irreversible, sehingga jika diterapkan pada citra medis maka kerusakan yang terjadi pada citra dapat menyebabkan kesalahan diagnosis. Kedua metode ini hanya dapat mendeteksi apakah terjadi kerusakan pada citra atau tidak dan tidak dapat mengetahui dimana daerah kerusakan itu terjadi [1]. Berdasarkan permasalahan di atas, beberapa peneliti [3], [5] [7] mencoba mengusulkan teknik image watermarking untuk mendeteksi daerah kerusakan yang terjadi pada citra atau yang disebut dengan tamper detection dengan metode ini tidak hanya dapat mendeteksi apakah citra mengalami kerusakan atau tidak, tetapi juga dapat mengetahui di daerah mana pada citra yang mengalami kerusakan dan dapat melakukan lokalisasi terhadap daerah citra yang mengalami kerusakan. Namun metode ini melakukan modifikasi terhadap citra yang dapat merusak citra asli, kemudian beberapa peneliti [8] [16] mengusulkan teknik reversible watermarking dimana teknik ini dapat merekonstruksi kembali citra setelah proses ekstraksi watermark mejadi citra asli dan dapat melakukan penyisipan data pada citra, namun tidak dapat melakukan tamper detection dan lokalisasi daerah 2

3 kerusakan pada citra. kemudian beberapa peneliti [2], [17] mencoba mengusulkan teknik reversible watermarking dengan tamper detection dimana metode ini dapat merekonstruksi kembali citra setelah proses ekstraksi watermark menjadi citra aslinya tanpa adanya kerusakan dan sekaligus dapat melakukan pendeteksian kerusakan dan melakukan lokalisasi daerah citra yang mengalami kerusakan. watermarking dengan tamper detection sudah dapat mengatasi permasalahan yang terjadi dalam teknik otentikasi pada citra medis, namun menurut Al-Qershi dan Khoo [18], teknik medical image watermarking tidak hanya dapat melakukan tampere detection tetapi juga harus memiliki kemampuan untuk sistem perbaikan terhadap kerusakan yang terjadi pada citra dan dapat menyimpan informasi data pasien sehingga mengurangi biaya penyimpanan dan biaya transmisi, Al-Qershi dan Khoo membagi medical image watermarking menjadi 3 kategori yaitu : authentication schemes (termasuk tamper detection dan recovery) [1], [19], [20], data-hiding schemes (untuk hiding electric patient records) [21], dan skema yang menggabungkan teknik authentication dan data hiding [15], [18], [22], [23], kemudian Coatrieux, et al [24] mengidentifikasikan tiga kelas dari algoritme watermarking yang digunakan untuk citra medis, kelas yang pertama penyisipan informasi di dalam wilayah region of non-interest (RONI) agar tidak membahayakan proses diagnosis, kelas kedua reversible watermarking, dan kelas ketiga teknik watermarking yang berdasarkan algoritme watermarking klasik dengan meminimalisir terjadinya kerusakan seperti least significant bit (LSB) dengan melakukan lossless image compression [7]. Pada penelitian ini, diusulkan sebuah skema medical image watermarking yang menggabungkan authentication dan data hiding, pada skema ini citra dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian region of interest (ROI), bagian region of noninterest (RONI) dan bagian region of border. Informasi data pasien dan hash message dari ROI akan disisipkan pada bagian ROI dengan teknik multiple-layer embedding berdasarkan difference expansion of quad, sedangkan data untuk tamper detection dan recovery data serta embedding map dari proses penyisipan pada daerah ROI akan disisipkan pada daerah RONI menggunakan teknik twodimensional difference expansion (2D-DE) berdasarkan skema [16], dan data 3

4 koordinat ROI dan embedding map dari RONI kemudian disisipkan pada LSB s region of border menggunakan teknik Least Significant Bit (LSB). Dengan penelitian ini diharapkan metode yang diusulkan dapat digunakan untuk melakukan otentikasi terhadap citra medis, dapat melakukan pendeteksian terhadap kerusakan dan melokalisasi daerah citra yang mengalami kerusakan, serta dapat melakukan perbaikan terhadap citra tersebut dan citra medis dapat digunakan untuk menyimpan informasi data pasien sehingga mengurangi biaya penyimpanan dan biaya transmisi. 1.2 Perumusan masalah Medical image watermarking adalah teknik yang dikembangkan untuk otentikasi citra medis, karena mampu memberikan layanan mengidentifikasi pihakpihak yang berkomunikasi dan sumber dari citra medis, serta juga mampu memberikan layanan kepastian integritas data. Umumnya Medical image watermarking yang banyak dikembangkan menerapkan teknik penyisipan secara irreversible yang dapat merusak citra secara permanen setelah proses ekstraksi, sehingga semakin besar data yang disisipkan maka akan semakin besar kerusakan yang terjadi setelah proses ekstraksi, dan Medical image watermarking hanya mampu untuk mendeteksi kerusakan tanpa mampu melakukan lokalisasi terhadap daerah citra yang mengalami kerusakan dan memperbaiki daerah citra yang mengalami kerusakan tersebut. 1.3 Keaslian penelitian Penelitian mengenai medical image watermarking merupakan salah satu bidang yang banyak digunakan sebagai objek penelitian. Pada penelitian Al-Qershi dan Khoo [18], [22], [23] mengusulkan skema yang menggabungkan teknik authentication dan data hiding, dimana skema yang diusulkan ini merupakan gabungan dari beberapa skema reversibel data hiding dan teknik kompresi data yang bertujuan untuk mengurangi biaya yang dibutuhkan untuk penyimpanan data dan waktu yang dibutuhkan untuk proses transmisi. 4

5 Pada penelitian [22] citra dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian region of interest (ROI) dan bagian region of non-interest (RONI). Data yang disisipkan pada daerah ROI adalah informasi data pasien yang terkompresi dan hash message dari ROI menggunakan algoritme MD5, teknik reversible data hiding yang digunakan untuk proses penyisipan adalah modified DE, dan data yang disisipkan pada daerah RONI adalah nilai bit data kompresi dari ROI dengan algoritme JPEG2000, data kompresi dari nilai rata-rata blok ROI dengan ukuran dengan algoritme Huffman coding, data kompresi embedding map dari proses penyisipan pada daerah ROI dengan algoritme Huffman coding, dan kompresi embedding map dari proses penyisipan pada daerah RONI dengan algoritme Huffman coding, LSB s dari daerah rahasia yang telah ditetapkan di RONI yang digunakan untuk menanamkan informasi yang diperlukan untuk memulai ekstraksi watermark, teknik reversible data hiding yang digunakan untuk proses penyisipan adalah DE. Pada penelitian [23] citra dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian region of interest (ROI), bagian region of non-interest (RONI), dan region of border. Proses penyisipan hanya dilakukan pada bagian region of non-interest (RONI), dan region of border. Data yang disisipkan pada bagian RONI adalah nilai rata-rata blok ROI dengan ukuran 16 16, hash message dari ROI, nilai bit data ROI, LSB s dari region of border, dan informasi data pasien, semua data tersebut dikompresi menggunakan algoritme Huffman coding, teknik reversible data hiding yang digunakan untuk proses penyisipan adalah 2D-DE. Data embedding map dari proses penyisipan pada daerah RONI dan data koordinat ROI di kompresi kemudian disisipkan pada LSB s region of border. Pada penelitian [18] citra dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian region of interest (ROI) dan bagian region of non-interest (RONI). data yang disisipkan pada daerah ROI adalah informasi data pasien yang terkompresi dan hash message dari ROI menggunakan algoritme MD5, teknik reversible data hiding yang digunakan untuk proses penyisipan adalah modified DE, dan data yang disisipkan pada daerah RONI adalah nilai bit data kompresi dari ROI dengan algoritme JPEG2000, data kompresi dari nilai rata-rata blok ROI dengan ukuran dengan algoritme Huffman coding, data kompresi embedding map dari proses penyisipan pada daerah 5

6 ROI dengan algoritme Huffman coding, teknik reversible data hiding yang digunakan untuk proses penyisipan adalah DE, untuk proses penyisipan daerah RONI dibagi menjadi blok dengan ukuran 16 16, kemudian dilakukan proses transformasi tree-level Haar DWT, dan 124 bit dari data dapat disisipkan dengan teknik quantization method. Dari ke tiga penelitian medical image watermarking yang dilakukan oleh Al-Qershi dan Khoo [18], [22], [23] yang merupakan gabungan teknik authentication dan data hiding telah bekerja dengan baik pada citra medis, namun kapasitas penyisipan informasi data pasien masih kecil dan kualitas citra setelah proses penyisipan dan perbaikan saat terjadi kerusakan masih kurang baik, oleh karena itu pada penelitian ini, diusulkan sebuah skema authentication watermark pada citra medis yang merupakan gabungan teknik authentication dan data hiding yang mampu menyediakan kapasitas yang besar untuk penyisipan informasi data pasien. Tabel 1.1 memperlihatkan penelitian-penelitian tentang authentication watermark yang telah dilakukan sebelumnya berdasarkan pada image authentication, tamper detection, recovery image, dan reversible data hiding. Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya Tentang Authentication Watermark. No Penulis Paper Judul Paper Metode Paper Moniruzzaman, et al An image fragile Teknik [3]. watermarking scheme watermarking untuk 1 based on chaotic system mendeteksi daerah for image tamper kerusakan citra. detection. Liu, et al [5]. An image fragile Teknik 2 watermark scheme based watermarking untuk on chaotic image pattern mendeteksi daerah and pixel-pairs. kerusakan citra. Rawat and Raman A chaotic system based Teknik 3 [6]. fragile watermarking watermarking untuk scheme for image tamper mendeteksi daerah detection. kerusakan citra. Zain, et al [7]. Reversible watermarking Teknik 4 for authentication of watermarking untuk DICOM images. mendeteksi daerah kerusakan citra. 6

7 Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya Tentang Authentication Watermark. (Lanjutan) No Penulis Paper Judul Paper Metode Paper Nedelcu and Coltuc Alternate embedding [8]. method for difference 5 expansion reversible Al-Qershi and Khoo [9]. Reversible Watermarking Scheme Based on Two- Dimensional Difference Expansion (2D-DE). Alattar [10]. Reversible watermark using difference expansion of triplets. Alattar [11]. Reversible watermark using difference expansion of quads. Alattar [12]. Reversible watermark using the difference expansion of a generalized integer transform. Jaber and Yaqub [13]. Reversible Watermarking Using Modified Difference Expansion. Dragoi and Coltuc Local-Prediction-Based [14]. Difference Expansion Kumar and Agarwal [15]. Al-Qershi and Khoo [16]. Lo and Hu [2]. Reversible Watermarking. Reversible watermarking scheme for medical images. Two-dimensional difference expansion (2D- DE) scheme with a characteristics-based threshold. A novel reversible image authentication scheme for digital images. watermarking dengan tamper detection. 7

8 Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya Tentang Authentication Watermark. (Lanjutan) No Penulis Paper Judul Paper Metode Paper Tan, et al [17]. Security protection of DICOM medical images watermarking using dual-layer dengan tamper 15 reversible watermarking detection. with tamper detection capability Chiang, et al [1]. Tamper detection and restoring system for medical images using wavelet-based reversible data embedding. Kiatpapan and Kondo [19]. An image tamper detection and recovery method based on self-embedding dual Zain and Fauzi [20]. Medical image watermarking with tamper detection and recovery. Lou, et al [21]. Al-Qershi and Khoo [18]. Al-Qershi and Khoo [22]. Al-Qershi and Khoo [23]. Multiple layer data hiding scheme for medical images. Authentication and data hiding using a hybrid ROIbased watermarking scheme for DICOM images. Authentication and data hiding using a reversible roi-based watermarking scheme for DICOM images. ROI-based tamper detection and recovery for medical images using reversible watermarking technique. Authentication schemes (termasuk tamper detection dan recovery). Authentication schemes (termasuk tamper detection dan recovery). Authentication schemes (termasuk tamper detection dan recovery). Data-hiding schemes (untuk hiding electric patient records). Teknik authentication dan data hiding. Teknik authentication data hiding. Teknik authentication data hiding. dan dan Metode medical image watermarking yang diusulkan pada penelitian ini adalah dengan menggabungkan authentication dan data hiding, dimana dalam 8

9 skema ini, citra dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian region of interest (ROI), bagian region of non-interest (RONI) dan bagian region of border. Data pasien dan hash function dari ROI akan disisipkan pada bagian ROI dengan teknik multiplelayer embedding berdasarkan difference expansion of quad, sedangkan data untuk tamper detection dan recovery data akan disisipkan pada daerah RONI menggunakan teknik 2D-DE berdasarkan skema [16] dan data koordinat ROI dan embedding map dari RONI kemudian disisipkan pada LSB s region of border menggunakan teknik Least Significant bit (LSB). Proses tamper detection adalah untuk mendeteksi kerusakan pada citra dan melakukan lokalisasi pada daerah citra yang mengalami kerusakan, untuk melakukan hal tersebut nilai rata-rata blok dengan ukuran 8 8 dari daerah ROI disisipkan pada daerah RONI, kemudian untuk proses recovery atau proses perbaikan citra jika mengalami kerusakan maka data ROI yang sudah terkompresi disisipkan pada daerah RONI. Dengan penelitian ini diharapkan metode yang diusulkan dapat digunakan untuk melakukan otentikasi terhadap citra medis dan dapat melakukan pendeteksian terhadap kerusakan dan daerah yang terjadi kerusakan, serta dapat melakukan perbaikan terhadap citra tersebut dan citra medis dapat digunakan untuk menyimpan informasi data pasien sehingga mengurangi biaya penyimpanan dan biaya transmisi. 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini berkaitan dengan mengembangkan algoritme medical image watermarking untuk membantu dalam memecahkan masalah ukuran informasi data pasien dan otentikasi dari catatan medis pasien untuk aplikasi kesehatan. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki dan mengembangkan algoritme medical image watermarking yang mampu menyimpan informasi data pasien, tamper detection, localization tampered area, dan recovery tampered area dengan kapasitas informasi data pasien yang besar tanpa harus merusak kualitas citra setelah penyisipan watermark dan setelah ekstraksi watermark, serta citra dapat dipulihkan seperti aslinya. 9

10 Medical image watermarking merupakan teknik untuk menjaga integritas citra medis. Adapun langkah-langkah dari penelitian ini dijelaskan secara terperinci sebagai berikut: a. Me-review beberapa skema medical image watermarking yang telah dikembangkan beberapa tahun terakhir. b. Merancang skema reversible watermarking dengan kapasitas penyisipan data yang besar untuk citra medis. c. Menerapkan reversible data hiding dengan teknik multiple-layer embedding dengan metode difference expansion of quad untuk medical image watermarking agar keaslian citra sebelum proses diagnosis dapat dipastikan. d. Merancang skema reversible watermarking berbasis ROI untuk citra medis yang dapat digunakan untuk penyembunyian informasi data pasien, tamper detection dan localization, dan recovery. e. Menerapkan algoritme watermarking pada citra medis yang berbeda yaitu citra Computerized Radiography, Computer Tomography (CT), Ultrasound (US), Magnetic Resonance Imaging (MR), dan X-ray. f. Melakukan analisis yang komprehensif tentang kelayakan, ketahanan, kapasitas, dan kinerja dari algoritme yang dikembangkan. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini menghasilkan sebuah metode baru dalam medical image watermarking yang mampu melakukan tamper localization, detection accuracy, recovery image, dan penyisipan data pasien sehingga diharapkan penelitian ini dapat dimanfaatkan untuk keperluan sebagai berikut: a. Diperoleh peningkatan keamanan informasi pada citra medis. b. Hasil penelitian ini dapat dijadikan sebagai media pembanding untuk penelitian lebih lanjut. c. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan untuk mengembangkan ilmu komputer khususnya dalam bidang keamanan informasi digital. d. Penelitian ini dapat digunakan peneliti untuk mengembangkan diri terutama dalam melakukan penelitian image watermarking, medical image 10

11 watermarking, tamper localization, detection accuracy, dan recovery image pada bidang pengolahan citra di masa mendatang. e. Bagi kedokteran, penelitian ini bermanfaat untuk dapat menjaga keaslian citra, mendeteksi kerusakan pada citra, melakukan perbaikan terhadap citra yang mengalami kerusakan, dan menyimpan informasi data pasien pada citra. f. Bagi masyarakat, penelitian ini bermanfaat untuk dapat menjaga informasi kesehatan berupa citra medis, sehingga informasi kesehatan itu dapat dipastikan keasliannya. g. Bagi pembaca, penelitian ini dapat dijadikan sebagai sumber informasi dan referensi bagi pembaca, terutama dalam mengembangkan ilmu pengetahuan yang relevan dengan penelitian ini, sehingga nantinya akan ada penelitipeneliti berikutnya sebagai penyempurna penelitian ini. 11