抗几何攻击图像水印算法研究

论文摘要

抗几何攻击数字图像水印算法是目前水印算法研究领域的热点和难点之一。传统的水印技术对常规信号处理,如有损压缩、噪声干扰和频域滤波等攻击具有较好的鲁棒性,却难以抵抗由于旋转、缩放、平移或剪切等几何变换所带来的去同步攻击。因此,如何有效地提高水印算法抗几何攻击的鲁棒性是一个非常有意义的研究课题。第二代数字水印技术重点研究了利用图像内容特征辅助水印的嵌入和检测。第二代数字水印技术由于符合新的图像压缩标准,具有良好的信息隐蔽特性,且对噪声不敏感,对几何变换具有不变性,水印的嵌入、检测局部化,抗剪切性能好,得到业内学者的普遍认可。但并非所有的图像特征都适合水印的嵌入,水印算法的优劣依赖于图像特征的提取方法和特征区域水印的嵌入策略。本文提出一种基于改进SIFT特征提取算子的小波域抗几何攻击图像盲水印算法。文章首先针对传统的SIFT特征检测算子计算复杂、灵活度不够、实时性差的缺点,提出了改进方案并成功地进行了图像特征点的检测。水印算法充分利用SIFT特征点对图像旋转、缩放和平移等几何变换具有不变性的特点,构造稳健的SIFT局部不变特征区域,水印的嵌入和检测就在这些局部区域的小波变换域中进行。为了提高水印的安全性,在水印嵌入之前利用Arnold置乱变换对水印图像进行了预处理。水印嵌入的方式采用对局部特征区域的一级小波分解系数进行奇偶量化,量化步长自适应于所选小波子带中系数的分布情况。水印图像被重复独立的嵌入载体图像的SIFT局部不变特征区域中。本文算法有效地将局部不变特征提取技术与变换域水印嵌入和检测策略相结合,较好地折中了水印的透明性和鲁棒性之间的关系,而且也满足了对水印检测精度的要求。实验结果表明,本文提出的水印算法能够有效地抵抗常规的信号处理攻击,同时对常见的几何攻击也具有较好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 第一代数字水印
• 1.2.1.1 基于几何校正的水印算法
• 1.2.1.2 基于几何不变量的水印算法
• 1.2.2 第二代数字水印
• 1.2.2.1 基于Mexican Hat小波特征点的水印算法
• 1.2.2.2 基于Harris特征点的水印算法
• 1.2.2.3 基于SIFT特征点的水印算法
• 1.2.2.4 基于Harris-Laplace特征点的水印算法
• 1.2.2.5 基于位平面重心特征点的水印算法
• 1.3 本文研究内容及章节安排
• 第二章 SIFT特征检测算子及改进
• 2.1 SIFT算子介绍
• 2.1.1 Gaussian尺度空间与Gaussian金字塔
• 2.1.2 DoG算子与DoG金字塔
• 2.1.3 检测DoG局部极值点
• 2.1.3.1 选取关键点
• 2.1.3.2 滤除低对比度的点
• 2.1.3.3 去除边缘响应
• 2.1.4 极值点的方向分配
• 2.1.5 生成特征点的描述子
• 2.1.6 特征点的匹配
• 2.2 SIFT算子的改进
• 2.2.1 SIFT算子的改进方案
• 2.2.2 改进后的实验结果及分析
• 2.2.2.1 改进算法的鲁棒性
• 2.2.2.2 改进算法的时间复杂度
• 2.3 构造局部特征区域
• 2.4 本章小结
• 第三章 小波域数字图像水印算法
• 3.1 水印图像的预处理
• 3.2 水印的嵌入与提取
• 3.2.1 特征区域的小波变换
• 3.2.2 小波域水印嵌入策略
• 3.2.3 小波域水印提取策略
• 3.3 算法性能及分析
• 3.3.1 关于加权因子? 的讨论
• 3.3.2 算法实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 算法实现和实验结果分析
• 4.1 水印系统的设计及实现
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 水印算法的透明性
• 4.2.2 水印算法的鲁棒性
• 4.3 本章小结
• 总结与展望
• 论文总结
• 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢