Cameras have become a fundamental component of vision-based intelligent systems. As a balance between production costs and image quality, most modern cameras use Complementary Metal-Oxide Semiconductor image sensors that implement an electronic rolling shutter mechanism, where image rows are captured consecutively rather than all-at-once. In this paper, we describe how the electronic rolling shutter can be exploited using a bright, modulated light source (e.g., an inexpensive, off-the-shelf laser), to inject fine-grained image disruptions. These disruptions substantially affect camera-based computer vision systems, where high-frequency data is crucial in extracting informative features from objects. We study the fundamental factors affecting a rolling shutter attack, such as environmental conditions, angle of the incident light, laser to camera distance, and aiming precision. We demonstrate how these factors affect the intensity of the injected distortion and how an adversary can take them into account by modeling the properties of the camera. We introduce a general pipeline of a practical attack, which consists of: (i) profiling several properties of the target camera and (ii) partially simulating the attack to find distortions that satisfy the adversary's goal. Then, we instantiate the attack to the scenario of object detection, where the adversary's goal is to maximally disrupt the detection of objects in the image. We show that the adversary can modulate the laser to hide up to 75% of objects perceived by state-of-the-art detectors while controlling the amount of perturbation to keep the attack inconspicuous. Our results indicate that rolling shutter attacks can substantially reduce the performance and reliability of vision-based intelligent systems.


翻译:作为生产成本与图像质量之间的平衡,大多数现代照相机都使用实施电子滚动百叶窗机制的辅助金属-氧化半导体图像传感器,即连续而不是全部捕获图像行。在本文中,我们描述了电子滚动百叶窗如何使用光、调制光源(例如廉价、现成的激光)来注入精细的图像干扰。这些干扰严重影响了基于相机的计算机视觉系统,高频数据对于从物体中提取信息性能至关重要。我们研究了影响滚动百叶窗攻击的基本因素,例如环境条件、事件光的角度、激光到摄像距离和瞄准精确度。我们展示了这些因素如何影响注入扭曲的强度,以及对手如何通过模拟相机的性能来将这些因素考虑在内。我们引入了一种实际攻击的总管道,其中包括:(i)对目标相机的若干特性进行剖析,以及(ii)部分对高频数据对从物体提取到从物体中提取信息性能的可靠性数据。我们研究了滚动性能目标的精确性能,然后我们展示了对目标的精确度检测结果。我们测量结果的精确度,从而测量了对目标的精确度。我们测量结果的精确度,从而测量了对目标的精确度。我们测量了对结果的精确度。我们能够测量到测量结果。

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