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《哈尔滨工程大学》 2002年 博士论文
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盲检测图像数字水印技术研究

谢荣生  
【摘要】: 随着计算机技术、网络技术的发展,特别是Internet用户的迅猛增长和电子商务的逐渐启动,数字产品的网络发布、传送已成为趋势。但是,数字产品网络发布、传送过程中容易被侵权、盗版或恶意篡改。因而网络给人类带来极大便利性的同时,也向人们提出了新的研究课题:数字产品的真实性保护和版权保护。数字水印是解决这一课题的重要技术。 水印算法包括水印嵌入和水印提取/检测,根据水印提取/检测是否使用原始作品分为盲检测水印算法和非盲检测水印算法。本文以静止图像作为研究对象,使用量化、参考水印和模板水印等技术,根据数字水印的两个主要应用领域:认证和版权保护,对盲检测半易损数字水印和盲检测鲁棒数字水印进行了深入的研究,水印的嵌入不使用传统的水印嵌入模式,避免了传统水印嵌入模式下的模型攻击问题。其主要研究工作如下: (1) 提出了一种新的用于图像认证的半易损水印算法。该算法采用双正交小波变换作为频域水印嵌入工具,设计了一个量化函数,通过该量化函数将半易损数字水印嵌入到双正交小波域,对混沌序列和混沌密钥进行了分析,采用混沌密钥来确定水印的嵌入位置。将水印嵌入到各个分辨尺度,实行多分辨率的水印检测,以多分辨率篡改评估函数值作为篡改判断的依据。可以通过设置量化参数和判决阈值来调整防篡改灵敏度。试验结果表明本文的半易损水印系统不仅能够检测图像内容是否篡改、哪些空间位置和分辨尺度被篡改、篡改的程度,而且根据各分辨尺度的篡改评估值能够判断篡改类型。 (2) 提出了一种新的无失真鲁棒扩频水印方法。传统的扩频水印方法很难实现盲检测,并且易受水印模型攻击。本文的水印方法借助扩频水印的思想,通过量化函数对版权保护图像的小波变换系数进行量化,产生的二值序列作为水印。该二值序列可以用一个混沌初始值,即混沌序列密钥来生成。给出了混沌密钥的搜索方法。水印的相关检测只需要知道位置密钥和混沌序列密钥,不需要原始图像的参与,因而是盲检测水印方法。由于该水印方法没有执行小波逆变换,没有真正改变小波变换系数值,水印图像是无失真的。 (3) 将通信中的纠错编码的思想应用到水印算法中,以提高水印的鲁棒性,这样就使嵌入的有含义的版权信息,比如作品序列号、图章等能够更 哈尔滨工程大学博士学位论文 一 加可靠地提取出来。对于灰度/彩色图像水印,采用图像水印的位平面分解 技术,将灰度/彩色图像水印分解成许多二值位平面,高位位平面使用纠错 遍码技术,从而实现灰度/彩色水印的嵌入。 (4)为了进一步提高有含义水印的鲁棒性,特别是抵抗诸如局部模糊 化、剪切、替换、修改等局部化攻击,提出了多通道水印嵌入方法。将图像 的小波变换域划分成多个通道,建立了多通道水印嵌入模型,然后将鲁棒水 印和参考水印嵌入到各个水印通道。参考水印用来度量各个通道的比特失真 率,通过该失真率来估算嵌入的鲁棒水印。 (5)最后,对抗几何攻击鲁棒水印作了试探性的研究,提出了模板水 印的方法。该方法向图像DFT域嵌入两种水印:模板水印和鲁棒水印。利 用模板水印和DFT的不变属性来检测图像所经历的几何变换。水印检测时, 先进行模板水印搜索,检测出图像所经历的几何变换,之后再提取鲁棒水印。


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