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可逆图像水印及可逆图像认证技术研究

罗剑高  
【摘要】:在解决数字图像的版权保护、内容认证等信息安全问题上,数字图像水印扮演着重要的角色。常规的数字图像水印嵌入会使宿主图像产生永久失真,这在一些应用中是不可接受的,特别是在一些医学图像、军事图像等应用中。可逆图像水印技术解决了这个问题,它不仅可以获得所需水印,还能从水印图像中恢复原始图像。 本文重点对大容量的可逆图像水印算法和具有篡改定位能力、抗剪裁能力的可逆图像认证算法展开研究。论文的主要贡献包括: 1.提出一种基于扩展嵌入技术和插值技术的可逆图像水印算法(RW-IEE)。RW-IEE采用一种基于像素4近邻的插值技术,有效地利用了图像像素间固有的相关性。实验结果表明,RW-IEE算法的水印容量-失真性能高于现有可逆图像水印算法。通过多次嵌入,RW-IEE可嵌入大于1bpp的有效水印量。 2.针对用于解决灰度溢出问题的灰度直方图调整技术的稳健性较差,提出一种灰度直方图自适应调整技术(HAM)。HAM给出一种评价函数来确定合适的灰度合并位置,提高了现有灰度直方图调整技术的稳健性。基于HAM,提出一种采用插值误差直方图位移技术的可逆图像水印算法(HSHAM)。实验结果表明HSHAM增强了现有可逆图像水印算法对各种类型图像的性能稳定性,HAM技术是有效的。 3.提出一种基于图像块的可逆图像水印算法框架(RIWFB),并在该框架下实现了一种可逆图像水印算法(RIWB)。RIWB一方面通过迭代处理解决图像块间的水印分配和失真平衡问题,消除了水印图像可能出现的方块效应;另一方面有效地控制了辅助信息量。由于充分利用了图像局部特征,RIWB提高了现有基于全图操作的可逆图像水印算法的性能。实验结果表明,RIWB算法的水印容量-失真性能高于现有基于全图操作的可逆图像水印算法。 4.提出一种基于图像特征点坐标的图像同步算法(GSCA)。相比特征点模板中包含特征点描述符的同步算法,GSCA同步模板用于存储相同特征点的数据量大为减少,且所采用的统计平均处理方式使同步校正的结果更加鲁棒、精确。GSCA结合鲁棒的特征点检测算子可提供一种有潜力的图像同步技术。实验表明GSCA是有效的,在可逆图像水印的同步校正中,采用具有各向同性的特征点检测算子时,如SUSAN,合法几何变换下GSCA同步校正精度达100%。 5.提出一种篡改定位精度可调的可逆图像认证框架(RIAF-VTLA),RIAF-VTLA采用动态的方式确定具体认证块的大小,可提高篡改定位能力。在该框架下,提出一种抗矢量攻击、盲认证的可逆图像认证算法(RADATL),RADATL一方面采用认证块动态生成的方式,提高了篡改定位能力;另一方面采用在认证块中多次嵌入的方式实现图像编号的鲁棒传送,解决了抗矢量攻击方案中图像编号的管理和传输问题。另外,RADATL还能够对ROI和RONI区别处理,进一步改善ROI的篡改定位能力;最后,通过有效的同步措施,如本论文的GSCA,RADATL还可实现抗剪裁和合法几何变换的能力。仿真实验表明RADATL是有效的,篡改定位精度可根据要求进行动态调整。


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