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《上海大学》 2010年
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感知图像Hash框架、方法及性能测评指标

唐振军  
【摘要】: 图像Hash(哈希)又称图像摘要和图像标识码,是数字媒体内容安全和多媒体应用的前沿研究课题,可广泛应用于图像认证、篡改检测、图像拷贝检测、图像索引、图像检索、数字水印等方面。图像Hash用一个短小的数字序列表示图像本身,是一种基于图像视觉内容的压缩表达。通常,图像Hash应满足感知鲁棒性、唯一性和安全性。换言之,视觉相似的图像,不管其内部数据是否一致,Hash应以很大概率相同或十分接近,而不同图像的Hash则要求冲突概率接近于0。如果图像内容被恶意篡改,图像Hash应发生重要改变,在密钥未知的情况下,攻击者无法猜测或伪造Hash。 本论文主要研究图像Hash框架、方法及性能测评指标。论文首先广泛研究已有的测评指标和图像Hash方法,进而提出一种视觉相似度客观测评指标、两种图像Hash新方法、一种新的图像Hash框架及其实现方案,有效实现了图像Hash的评价与提取。具体而言,本文对如下三个方面进行了深入研究,得到了创新成果: 1.建立用于图像Hash的视觉相似度客观评价测度 评价图像Hash性能时,要求对两幅图像是否在视觉上相似做出判断,针对这一需求,提出了一种衡量视觉相似程度的客观评价测度。该测度提取图像块结构信息作为特征,不仅能反映正常处理给图像带来的失真,而且对局部内容篡改敏感,在检测局部内容篡改和抗旋转操作方面,优于峰值信噪比和结构相似度指数。 2.提出两种用于篡改检测的图像Hash方法 篡改检测是图像Hash研究最为重要、也最具挑战性的一个任务。从人类视觉系统和数据降维的角度考虑,分别设计出以下两种Hash方法。 利用分块结构特征构造感知图像Hash:通过研究人类视觉系统发现,图像结构特征能从本质上反映图像视觉内容,因此提出利用分块结构特征构造图像Hash。作为Hash系统的一个集成部分,定义了一种新的Hash相似性度量方法,可有效揭示隐含在图像Hash中的篡改操作。 基于非负矩阵分解(NMF)的图像Hash方法:NMF是一种有效的数据降维方法,研究发现,正常处理前后NMF系数矩阵中的相邻元素存在大小不变关系,而恶意篡改则会破坏这种关系。根据这一特性,设计了一种高效的系数量化规则。提取Hash时,通过构造二次图像以减少特征向量数,实现初步降维。之后再将NMF应用于二次图像,并用量化规则二值化系数矩阵生成图像Hash。 理论分析和实验结果表明,上述两种方法对JPEG压缩、适度的噪声干扰、水印嵌入、高斯低通滤波、亮度与对比度调整、伽玛校正等操作具有良好的稳健性,在冲突概率和篡改检测方面,优于Fridrich方法、RASH方法和NMF-NMF-SQ方法。 3.提出基于词典式结构的图像Hash框架及其实现方案 词典式Hash框架由两部分组成:(1)词典的构造与维护;(2)图像Hash提取。词典由若干本子词典组成,每本子词典又包含了大量图像块特征向量,即单词。随着训练图像增加,构成词典的单词也随之增多。词典的主要作用在于提供反映图像块的最佳单词以构造图像Hash。提取Hash时先将图像分块,建立图像块与子词典的一一映射关系,在图像块对应的子词典中查找最佳单词并用其表示。串联所有图像块对应的单词得到中间Hash,对中间Hash压缩编码即可生成最终图像Hash。 在上述框架下,用DCT和NMF实现了一个词典式Hash方案。实验结果表明该方案具有良好的感知鲁棒性和唯一性。由于词典由大量不同图像块构成,因此攻击者无法伪造完全相同的词典,从框架上保证了Hash安全。与预期一样,当词典规模增大后,可选取更多单词进行相似匹配,从而提升Hash整体性能。但是过多单词只会线性增加Hash的计算代价,而并不会线性提高性能。
【关键词】:图像Hash(哈希) 感知相似测度 非负矩阵分解 词典式结构框架 图像认证 篡改检测 图像检索
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41
【目录】:
  • 摘要6-8
  • ABSTRACT8-15
  • 第一章 绪论15-26
  • 1.1 课题来源15
  • 1.2 多媒体HASH 技术15-17
  • 1.2.1 研究目的和意义15-16
  • 1.2.2 多媒体Hash 简介16-17
  • 1.3 图像HASH17-24
  • 1.3.1 图像Hash 性能指标17-19
  • 1.3.2 图像Hash 与密码学Hash19-21
  • 1.3.3 图像Hash 与数字水印21-22
  • 1.3.4 图像Hash 与图像检索22-23
  • 1.3.5 图像Hash 应用23-24
  • 1.4 主要研究内容和论文结构24-26
  • 1.4.1 主要创新点24-25
  • 1.4.2 论文结构安排25-26
  • 第二章 图像HASH 研究现状26-46
  • 2.1 国外主要研究机构27-43
  • 2.1.1 哥伦比亚大学27
  • 2.1.2 微软研究院27-29
  • 2.1.3 纽约州立大学宾厄姆顿分校29-31
  • 2.1.4 马里兰大学31-33
  • 2.1.5 鲁汶大学33-37
  • 2.1.6 德克萨斯大学奥斯汀分校37-40
  • 2.1.7 南洋理工大学40-42
  • 2.1.8 其他42-43
  • 2.2 国内主要研究机构43-45
  • 2.2.1 中科院计算所43
  • 2.2.2 哈尔滨工业大学43-44
  • 2.2.3 上海大学44-45
  • 2.2.4 其他45
  • 2.3 本章小结45-46
  • 第三章 图像视觉相似客观评价及图像HASH 冲突率分析46-64
  • 3.1 图像视觉相似评价47-60
  • 3.1.1 常见的客观评价测度47-51
  • 3.1.2 用于图像Hash 的评价测度51-55
  • 3.1.3 实验结果55-59
  • 3.1.4 分析与讨论59-60
  • 3.2 图像HASH 冲突率分析60-63
  • 3.2.1 基于假设检验的分析方法60-62
  • 3.2.2 实验结果62-63
  • 3.2.3 分析与讨论63
  • 3.3 本章小结63-64
  • 第四章 用于篡改检测的图像HASH 方法64-86
  • 4.1 利用分块结构特征构造图像HASH65-74
  • 4.1.1 图像Hash 提取步骤65-66
  • 4.1.2 图像预处理66
  • 4.1.3 结构特征提取66-68
  • 4.1.4 Hash 生成68-69
  • 4.1.5 Hash 相似性度量69
  • 4.1.6 实验结果与分析69-74
  • 4.2 基于NMF 的图像HASH 方法74-81
  • 4.2.1 NMF 概述75-77
  • 4.2.2 图像Hash 生成方法77-79
  • 4.2.3 实验结果与分析79-81
  • 4.3 与现有方法的性能比较81-85
  • 4.3.1 Fridrich 方法81-82
  • 4.3.2 RASH 方法82-83
  • 4.3.3 NMF-NMF-SQ 方法83-85
  • 4.4 本章小结85-86
  • 第五章 词典式图像HASH 框架及其实现方案86-101
  • 5.1 词典式HASH 框架87-91
  • 5.1.1 基本思想与系统框架87-88
  • 5.1.2 词典构造88-90
  • 5.1.3 Hash 提取90-91
  • 5.2 基于DCT 和NMF 的词典式HASH 方案91-100
  • 5.2.1 特征提取与相似测度91-92
  • 5.2.2 Hash 方案92-93
  • 5.2.3 实验结果与分析93-99
  • 5.2.4 应用案例99-100
  • 5.3 本章小结100-101
  • 第六章 总结与展望101-105
  • 6.1 总结101-103
  • 6.2 展望103-105
  • 参考文献105-117
  • 致谢117-119
  • 作者攻读博士学位期间的科研及获奖情况119-120

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐振军;魏为民;张新鹏;王朔中;;用于图像检索的稳健Hash[J];东南大学学报(自然科学版);2007年S1期
2 张维克;孔祥维;尤新刚;;安全鲁棒的图像感知哈希技术[J];东南大学学报(自然科学版);2007年S1期
3 牛夏牧;焦玉华;;感知哈希综述[J];电子学报;2008年07期
4 赵玉鑫;刘光杰;戴跃伟;王执铨;;一种新的视觉Hash算法[J];光学精密工程;2008年03期
5 侯启槟;杨晓帆;王海涛;王阳生;;奇异值分解与PKI结合的鲁棒图像认证方法[J];计算机科学;2004年03期
6 周景超;戴汝为;肖柏华;;图像质量评价研究综述[J];计算机科学;2008年07期
7 邓绍江;王方晓;张岱固;王瑜;;基于直方图量化和混沌系统的感知图像Hashing算法[J];计算机应用;2008年11期
8 邹建成;周红丽;邓欢军;;一种安全鲁棒的图像哈希方法[J];计算机应用研究;2009年06期
9 刘维湘;郑南宁;游屈波;;非负矩阵分解及其在模式识别中的应用[J];科学通报;2006年03期
10 王朔中;路兴;苏胜君;张新鹏;;基于奇异值测度和颜色纹理的图像块特征向量(英文)[J];Journal of Shanghai University(English Edition);2007年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 唐胜;多媒体数字签名技术研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
2 于红波;杂凑函数以及HMAC/NMAC的安全性分析[D];山东大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈青华;;一种新型的图像哈希算法[J];兵工自动化;2011年05期
2 邢素霞;陈天华;;基于视觉特性的图像融合质量评价新方法[J];北京工商大学学报(自然科学版);2010年01期
3 崔建江;王立辉;陈大力;潘峰;;基于近红外图像质量评价的静脉图像采集系统[J];东北大学学报(自然科学版);2009年08期
4 姜学思;韩秀莉;刘宁;;基于直方图不变矩和奇异值分解的图像认证方法[J];电脑知识与技术;2008年26期
5 邱香香;顾一禾;;不依赖参考图像的插值质量评估方法[J];电脑知识与技术;2011年24期
6 赵琰;周俊杰;;基于颜色特征的图像摘要算法[J];上海电力学院学报;2010年05期
7 鲁丹;焦良葆;包永强;;支持JPEG2K的高清图像分布式处理[J];信息化研究;2012年02期
8 孙锐;高隽;;组合NMF和PCA的图像哈希方法[J];电子测量与仪器学报;2009年05期
9 吴荣玉;樊丰;舒建;;基于非负矩阵分解的鲁棒哈希函数验证性研究[J];电子技术应用;2012年01期
10 韩琦;王志芳;牛夏牧;李琼;;针对索引图像的人脸区域分级加密算法[J];电子学报;2008年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 蒲翠翠;孟放;姜秀华;高慧;;一种基于视觉感知的视频质量客观评价方法[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
2 文振焜;朱为总;欧阳杰;高金花;;一种鲁棒可区分的视频感知哈希算法[A];第18届全国多媒体学术会议(NCMT2009)、第5届全国人机交互学术会议(CHCI2009)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2009)论文集[C];2009年
3 吴娟;吕建平;;基于NMF和证据理论的多传感器信息融合[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
4 徐利民;龚珊;余再军;;奇异值分解与非负矩阵分解色在数据降维方面的特性分析[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
5 文振焜;高金花;刘朋飞;杜以华;张萌;;基于分块DCT和PCA的图像感知哈希算法研究[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
6 蔡蕾;朱永生;;基于稀疏性非负矩阵分解和支持向量机的轴心轨迹图识别[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐森;文本聚类集成关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 朱少敏;多媒体数字水印若干关键算法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
3 孙韶杰;模糊图像中感兴趣信息的盲复原方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 王园宇;粉尘环境中的图像恢复研究[D];太原理工大学;2011年
5 王保云;图像质量客观评价技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 王俊文;数字图像内容篡改盲取证研究[D];南京理工大学;2010年
7 严慧;线性特征抽取研究及其在人脸识别中的应用[D];南京理工大学;2011年
8 胡媛媛;基于视觉模型的图像感知哈希算法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 王强;分形编码在图像处理中的应用研究[D];大连海事大学;2011年
10 聂秀山;基于鲁棒哈希的视频拷贝检测技术研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张宇飞;加稀疏约束的非负矩阵分解[D];大连理工大学;2010年
2 梁霞;基于GPU的H.264并行解码器设计[D];大连理工大学;2010年
3 段德友;面向广告监测的视频指纹提取及匹配技术研究[D];湘潭大学;2010年
4 罗桂华;基于多小波的视频编码技术研究[D];江西财经大学;2010年
5 谷秀平;基于Curvelet变换的图像去噪和增强[D];天津理工大学;2010年
6 徐泰燕;基于最小二乘法的非负矩阵分解算法及应用[D];武汉工业学院;2010年
7 李颖;基于手机彩信版权保护的数字水印算法研究[D];昆明理工大学;2008年
8 韩秀莉;基于直方图不变矩和奇异值分解的图像认证方法[D];山东大学;2010年
9 伍小明;基于核方法的高光谱遥感图像解混技术研究[D];浙江大学;2011年
10 秦慧杰;不同地貌类型区遥感影像信息容量的空间差异性研究[D];西北大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 骞森;朱剑英;;基于奇异值分解的图像质量评价[J];东南大学学报(自然科学版);2006年04期
2 叶佳;张建秋;胡波;;客观评估彩色图像质量的超复数奇异值分解法[J];电子学报;2007年01期
3 史泽林,康娇,孙锐;基于BP神经网络的大视场成像畸变校正方法[J];光学精密工程;2005年03期
4 楼俊;徐向东;刘颖;洪义麟;付绍军;何世平;;全息平面变间距光栅刻线弯曲程度分析[J];光学精密工程;2006年01期
5 刘光杰;戴跃伟;王金伟;王执铨;;模拟退火的安全数据隐藏算法[J];光学精密工程;2007年05期
6 李昌刚,韩正之,张浩然;图像加密技术综述[J];计算机研究与发展;2002年10期
7 黄万钧,姚俊,郭雷;一种基于非线性组合编码的安全指纹方案[J];计算机工程与应用;2004年24期
8 殷晓丽;方向忠;翟广涛;;一种JPEG图片的无参考图像质量评价方法[J];计算机工程与应用;2006年18期
9 易开祥,孙鑫,石教英;一种基于混沌序列的图像加密算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年09期
10 纪震,肖薇薇,王建华,张基宏;基于混沌序列的多重数字图像水印算法[J];计算机学报;2003年11期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 易开祥;数字图象加密与数字水印技术研究[D];浙江大学;2001年
2 谢红梅;基于混沌理论的信号处理方法研究[D];西北工业大学;2003年
3 茅耀斌;基于混沌的图像加密与数字水印技术研究[D];南京理工大学;2003年
4 廉士国;多媒体快速加密算法研究[D];南京理工大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 姚作樑;可自恢复的数字图像认证研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 孙亚伟;基于小波和混沌的数字水印技术研究[D];燕山大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张桂兰;MICROTEK公司推出最新的彩色图像扫描仪[J];网上出版;1994年10期
2 骆永正,聂咸彧;图像扫描过程中形变校正数学模型的建立方法[J];南方冶金学院学报;2000年01期
3 曹文伦;史忠科;封建湖;;基于多项式拟合的交通图像编码方法[J];计算机工程与应用;2006年19期
4 顾玮;一个虚拟图像扫描设备的实现[J];南京邮电学院学报(自然科学版);1998年01期
5 ;如何得到高品质的图像[J];数码印刷;2002年01期
6 陈怀芬;用图像扫描仪处理科技图书插图的探索[J];出版与印刷;1998年02期
7 肖秀芝;平面扫描仪图像扫描操作要素[J];包装世界;2003年02期
8 周潇洒;;医学图片的扫描和处理技巧[J];医学信息;2007年07期
9 ;扫描世界 有容乃大——方正A3扫描仪Z1000简介[J];今日印刷;2007年11期
10 龙夫;图像扫描质量检查小窍门[J];电子出版;2002年Z1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 童博;刘晓东;蔡兵;陈彦丽;谭星星;;基于JPEG格式的激光图像扫描技术研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
2 陈亮;;一种快速的基于自适应尺度Retinex的图像增强算法[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(下册)[C];2010年
3 郭洪刚;刘静;李峰坦;刘海峰;姚芳莲;姚康德;;基于三维CT图像重建研制纳米仿生骨基质支架的研究[A];第18届中国康协肢残康复学术年会论文选集[C];2009年
4 曾焕昭;;多功能一体机的彩色变换和色域映射[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
5 张久政;武书彬;刘焕彬;;静电复印废纸溶剂法脱墨机理初步研究[A];中国造纸学会第十二届学术年会论文集(上)[C];2005年
6 黄明;;高速彩色线阵CCD图像扫描系统设计[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2007年
7 林若莉;;喷射印花的图像扫描技术的应用[A];首届长三角科技论坛——数码纺织科技论坛论文集[C];2004年
8 张济;陈汉春;刘新发;刘清霞;曹燕飞;刘佳;;CML细胞系KT-1/A3对INF-α应答蛋白的研究[A];湖南省生理科学学会2004年度学术年会论文摘要汇编[C];2004年
9 武沙丽;熊俊;;宫内节育器的三维超声成象研究[A];2005年全国医学影像技术学术会议西部论坛论文汇编[C];2005年
10 吴波;;阵列显微镜及其应用[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 付红;图像扫描的取巧之道[N];中国计算机报;2001年
2 语言所 许长江;数字图书馆建设应发挥整体优势[N];中国社会科学院院报;2007年
3 ;模拟彩电存在三大缺陷[N];中国电子报;2000年
4 史春鹃;惠普Scanjet G4050可进行6色扫描[N];电脑商报;2007年
5 ;联想5300MFC[N];中国计算机报;2001年
6 江苏省教育考试院网络信息中心 符耀章;网上评卷如何保障质量体现公平[N];中国教育报;2007年
7 许讯;Photoshop中的印刷油墨设置[N];中国包装报;2008年
8 本报驻华盛顿记者  徐启生 吴建友;美国机场X光安检受质疑[N];光明日报;2007年
9 本报记者 蒋秀娟 实习生 胡晶晶;资料笔是否会带我们走出手抄时代[N];科技日报;2006年
10 陈劲;五岳鑫 即将登陆代办股份转让系统[N];中国证券报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 闫学昆;CB法微核图像自动分析关键技术研究与系统实现[D];中国人民解放军军事医学科学院;2010年
2 付剑晶;遥感软件知识产权与数字遥感影像版权保护[D];浙江大学;2012年
3 于忠清;基于图像处理的嵌入式条码识别系统及应用研究[D];中国海洋大学;2007年
4 江旻珊;先进眼科多模态成像技术研究[D];上海交通大学;2011年
5 张柳新;多摄像机三维重建技术与应用[D];北京理工大学;2010年
6 戚玮玮;光照变化条件下中型组足球机器人目标识别与定位方法研究[D];中国海洋大学;2011年
7 黄涛;基于GPU的多点地质统计逐点模拟并行算法的研究[D];中国科学技术大学;2013年
8 王洪波;胸部MSCT改良冠状MPR的可行性研究及应用价值探讨[D];山东大学;2005年
9 刘浩;导管机器人系统的建立及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 赵永超;以聚合物乳液为成膜物的特性涂料的制备及其应用研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘琴;网络下基于图像内容的检索研究[D];电子科技大学;2013年
2 张晓君;基于STDC1100的高速高清晰度扫描软件的设计与实现[D];天津大学;2012年
3 刘喜凤;基于图像分析的皮肤色斑检测技术研究[D];哈尔滨理工大学;2014年
4 李萌;基于ARM的无线视频监控及其保密通信研究[D];燕山大学;2011年
5 曹香鹏;基于DSP的嵌入式图像处理平台的构建与应用[D];山东大学;2010年
6 徐公明;GE-signa MRI训练系统主体框架设计及主要功能的实现[D];山东中医药大学;2011年
7 强佳;基于SOPC的柑橘多光谱检测方法研究[D];天津理工大学;2011年
8 郑茜文;光谱成像系统的软件设计[D];暨南大学;2010年
9 岑家生;降水粒子的图像扫描探测技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
10 马磊;基于图像扫描的电子档案生成系统[D];山东大学;2005年
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