抗几何攻击的数字图像水印技术的研究

论文摘要

信息隐藏是在载体中嵌入秘密信息进行秘密传输的技术,是当前信息安全研究中极为活跃和重要的组成部分。而数字水印技术,是信息隐藏的一个重要分支,是一种专门解决互联网上多媒体信息安全问题的技术。它涉及了信息安全、多媒体信号处理和模式识别等多个学科。目前,数字水印已经成为多媒体版权认证和完整性保护的有效手段,但数字水印算法抗几何攻击的性能,严重制约了数字水印的使用范围。设计抗几何攻击的数字水印算法,成了数字水印技术研究的难点,也是数字水印技术实用化的一个瓶颈。本文以静止数字图像作为研究和实验对象,深入分析了现有的抗几何攻击的数字图像水印算法,研究了适合于抗几何攻击的数字图像水印理论与技术。从几何攻击不变域、几何校正和模式化水印三个研究角度,提出了抗几何攻击的数字图像水印方案,主要研究成果如下:提出了一种利用SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征点实现对抗几何攻击的水印方案。方案基于特征点构造Delaunay三角网,依靠SIFT特征点的抗几何变换性实现图像三角形区域的抗几何攻击性。并且在提取部分图像内容的基础上,按照多对一的原则,使用改进的加性方法嵌入水印信息。利用奇异值分解的原理,提出了一种基于奇异值分解的抗几何攻击的数字水印算法。该算法对图像的频域幅度值进行分块奇异值分解,通过修改分解后的次大奇异值嵌入水印。利用奇异值的几何攻击不变性实现数字水印的抗几何攻击性。基于几何校正的思想,采用广泛应用于模式识别中的几何矩技术和不变质心的原理,在图像离散小波变换(DWT)域的基础上,提出了两种抗几何攻击的数字图像水印算法。方案利用几何矩和三个不同搜索半径的不变质心点做为校正参数,依靠三组原始图像的已知参数和遭受攻击后图像的参数信息准确的估计出水印图像所经历的几何变换,然后对其逆变换校正,确保了水印嵌入与检测的同步,极大的提高了水印算法抵抗几何攻击的能力。以小波变换域中提取出的Harris角点为中心,提出了一种不依赖于同步性的抗几何攻击的水印算法。通过对水印模式结构进行精心设计,利用几个按照特定模式提取要求筛选出的最大值点代表模式信号,嵌入水印信息;经过对依照模式结构提取出的最大值点进行判别,提取水印信息。算法从根本上消除了对同步性的依赖,也不需要对图像进行区域剖分和规范化,大大节省了计算时间。最后,论文分析了本文研究中还存在的问题,并指出了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 信息隐藏技术简介
• 1.1.1 信息隐藏技术的应用
• 1.1.2 信息隐藏技术分类
• 1.2 数字水印技术概述
• 1.2.1 数字水印研究背景
• 1.2.2 数字水印系统基本框架
• 1.2.3 数字水印的分类
• 1.2.4 数字水印的攻击
• 1.2.5 数字水印性能评估
• 1.3 国内外研究情况和热点问题
• 1.3.1 国内外研究情况
• 1.3.2 当前的一些热点问题
• 1.3.3 抗几何攻击的水印算法研究情况
• 1.4 本论文的研究思路和主要工作
• 2 基于SIFT特征点的抗几何攻击的数字图像水印算法
• 2.1 SIFT特征点和Delaunay三角网
• 2.1.1 SIFT特征点
• 2.1.2 Delaunay三角网
• 2.1.3 SIFT特征点和Harris角点的比较
• 2.2 水印的嵌入和提取
• 2.2.1 水印的嵌入
• 2.2.2 水印的提取
• 2.3 实验结果
• 2.4 本章小结
• 3 基于奇异值分解的抗几何失真的数字图像水印算法
• 3.1 奇异值分解的特性
• 3.2 奇异值分解的分析和讨论
• 3.2.1 同一图像奇异值分解的分析
• 3.2.2 不同图像奇异值分解的分析
• 3.2.3 基于奇异值分解的水印算法的分析
• 3.3 水印算法的实现
• 3.3.1 水印嵌入区域的生成
• 3.3.2 嵌入水印步骤
• 3.3.3 提取算法
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 4 抗几何变换的DWT-DCT域数字图像水印算法
• 4.1 不变质心的研究和DWT-DCT基本原理
• 4.1.1 不变质心的研究
• 4.1.2 DWT-DCT的相关原理
• 4.2 水印的嵌入和提取
• 4.2.1 水印嵌入算法
• 4.2.2 图像的校正
• 4.2.3 水印的提取
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 5 基于原始图像矩的抵抗几何攻击的数字图像水印算法
• 5.1 图像矩与矩不变量
• 5.1.1 图像的几何矩
• 5.1.2 低阶几何矩和Hu矩不变量
• 5.2 水印的嵌入和提取方案
• 5.2.1 水印嵌入算法
• 5.2.2 图像的校正
• 5.2.3 水印的提取
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 6 基于Harris角点的抗几何攻击的数字水印算法
• 6.1 Harris角点
• 6.1.1 Harris角点的检测
• 6.1.2 Harris角点的分析
• 6.2 水印嵌入和提取方法
• 6.2.1 水印的嵌入方法
• 6.2.2 水印的提取方法
• 6.3 实验结果
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录