基于有限脊波变换的图像哈希认证技术的研究

论文摘要

图像哈希在多媒体内容认证、数据库检索和数字水印中有着广泛的应用前景,近年来受到了高度的关注。传统的基于密码学的哈希在对图像进行压缩、过滤、几何变换等保持内容的操作时,对认证信息中每个比特的变化都非常敏感,并不适用于图像内容的认证。因此研究对内容保持操作稳健,又能够区分恶意篡改攻击的图像哈希具有重要的意义。目前使用的数字图像哈希基本上是在变换域中进行的,尤其以基于小波变换的算法居多。但是小波一般只适合于表征零维点奇异性,而图像中广泛存在的一维奇异性影响着小波特征提取的效率,同时也难以生成理想的图像哈希。有限脊波变换是在有限Radon变换域中沿每个方向作一维小波变换。它克服了小波的不足,在图像直线特征检测、图像降噪与复原等方面取得了良好的效果,但将其与图像哈希技术结合起来的研究还很少。本文在有限脊波变换应用于图像哈希算法方面作了一些研究和尝试。主要创新成果如下：(1)提出一种基于有限脊波变换与傅里叶变换结合的图像哈希算法。该算法首先对原始图像预处理,再将其分割成子块,并对每个块图像进行脊波变换,然后沿每个方向作一维傅里叶变换,最后取每个脊波块系数的最大值以及每个傅里叶变换块幅值之和作为特征向量来生成哈希序列。与未采用脊波的算法相比,该方法提高了对JPEG压缩、椒盐噪声、高斯低通滤波、旋转、缩小等操作的鲁棒性。同时,图像哈希序列由密钥控制生成,因此具有较好的安全性。(2)为了使图像哈希具有更好的鲁棒性和安全性,提出了一种新的基于视觉特性的图像哈希方法。该方法首先将原始图像预处理,然后利用人类视觉特性中‘频率敏感度提取脊波变换域上的系数生成哈希值。实验结果表明,该方法能够抵抗JPEG压缩、滤波、加噪声、剪切、旋转和缩放等攻击,具有较好的鲁棒性、敏感性和安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构安排
• 第2章 数字图像哈希技术概述
• 2.1 数字图像认证的分类
• 2.2 图像哈希的介绍
• 2.2.1 图像哈希生成的一般框架
• 2.2.2 图像哈希算法的分类
• 2.2.3 图像哈希函数的性能需求
• 2.2.4 图像哈希算法的性能评估
• 2.3 本章小结
• 第3章 有限脊波变换
• 3.1 小波的缺陷与脊波的提出
• 3.2 连续脊波变换
• 3.3 有限Radon变换
• 3.4 有限脊波变换
• 3.5 有限脊波变换的实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于有限脊波变换与傅里叶变换相结合的图像哈希认证方法
• 4.1 有限脊波变换与图像哈希算法的结合
• 4.2 傅里叶变换
• 4.3 基于有限脊波变换与傅里叶变换的哈希算法
• 4.3.1 有限脊波变换与傅里叶变换相结合的理论
• 4.3.2 图像哈希的生成
• 4.3.3 图像认证的方法
• 4.3.4 实验结果和分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于人类视觉特性的图像哈希算法
• 5.1 人类视觉系统
• 5.2 脊波域中人类视觉特性
• 5.3 混沌序列的生成
• 5.4 图像哈希的生成
• 5.5 相似性度量准则
• 5.6 图像认证
• 5.7 实验结果与分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间完成的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参加的科研项目