基于局部特征的魯棒圖像水印技術(shù)研究.pdf

1、在以信息數(shù)字化和傳播網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的比特時(shí)代，信息傳播的深度和廣度得到了前所未有的擴(kuò)展，信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性也得到了顯著的提高。但隨之而來的還有一些負(fù)面影響，比如這些數(shù)字產(chǎn)品有可能在沒有得到作品所有者許可的情況下被隨意拷貝、篡改和傳播，這將給數(shù)字產(chǎn)品的作者和生產(chǎn)者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此如何在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)施對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的有效版權(quán)保護(hù)、確保信息安全已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題，也成為企業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。為此，一門

2、新興的交叉學(xué)科——數(shù)字水印應(yīng)運(yùn)而生，作為解決數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的一種重要技術(shù)，如今正得到廣泛的研究與應(yīng)用。 雖然經(jīng)歷了十多年的發(fā)展，但是數(shù)字水印遠(yuǎn)未成熟，在理論和實(shí)際應(yīng)用中還有許多開放的問題。本文在第二代數(shù)字水印的框架下，以靜止圖像作為研究對(duì)象，通過構(gòu)建幾何不變的局部特征區(qū)域并尋求有效的水印嵌入和檢測(cè)策略，為抗幾何攻擊圖像水印技術(shù)的理論發(fā)展和面向版權(quán)保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用提供有效的解決方案。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)概括如下： （1）考慮到

3、在基于圖像特征的數(shù)字水印方案中局部特征區(qū)域的穩(wěn)定性及分布直接影響水印系統(tǒng)的魯棒性，提出了一種新的水印嵌入基準(zhǔn)點(diǎn)選擇策略。針對(duì)尺度空間特征點(diǎn)的多類屬性，將圖論聚類算法引入其中，有效地解決了特征區(qū)域穩(wěn)定性和分布均勻性之間的矛盾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該選擇策略不僅適用于不同的尺度空間特征檢測(cè)算子和不同類型的圖像，而且具有較好的穩(wěn)定性。 （2）鑒于目前第二代圖像水印方案不能抵抗諸如局部隨機(jī)扭曲、裁剪，縱橫比改變等幾何攻擊的問題，提出了一種基于仿

4、射協(xié)變區(qū)域的抗幾何攻擊水印算法。利用Harris-Affine特征檢測(cè)算子提取仿射協(xié)變區(qū)域，這些區(qū)域具有很好的空間局部性、方向選擇性、多樣性以及協(xié)變性。將二維圓形水印仿射變換為特征區(qū)域的相應(yīng)形狀后，通過空域疊加的方式實(shí)現(xiàn)水印嵌入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能有效抵御包括全局幾何攻擊和局部幾何攻擊在內(nèi)的多類攻擊。 （3）為了進(jìn)一步增強(qiáng)圖像水印系統(tǒng)對(duì)幾何攻擊的抵抗能力，提出了一種基于歸一化仿射協(xié)變區(qū)域的水印算法。在深入分析仿射變換前后同一協(xié)

5、變區(qū)域之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用局部區(qū)域歸一化將協(xié)變區(qū)域之間的仿射變換關(guān)系約簡為旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系；利用方向歸一化進(jìn)一步消除協(xié)變區(qū)域之間存在的角度差異，從而得到了具有幾何不變特性的局部特征區(qū)域。與基于仿射協(xié)變區(qū)域的水印算法相比，新算法的魯棒性得到了顯著提高。 （4）針對(duì)現(xiàn)有基于圖像特征的數(shù)字水印方案對(duì)常規(guī)圖像處理和幾何攻擊不能同時(shí)獲得較高的水印檢出率這一問題，提出了一種基于局部不變性的變換域魯棒水印算法。文中利用SIFT算子提取局部不變特

6、征區(qū)域，水印的嵌入和檢測(cè)是在局部區(qū)域的DFT變換域中進(jìn)行。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將局部不變特征提取技術(shù)與變換域水印嵌入和檢測(cè)策略有機(jī)結(jié)合不僅增強(qiáng)了該算法的整體魯棒性，而且提高了水印的檢測(cè)精度。 （5）為了更好地解決由常規(guī)圖像處理和幾何攻擊產(chǎn)生的移位以及插值誤差等問題，提出了一種基于局部Tchebichef矩的魯棒水印算法。利用Tchebichef矩提取局部不變區(qū)域的全局特征，使之相對(duì)獨(dú)立于圖像像素的位置偏移和數(shù)值計(jì)算誤差，從而實(shí)現(xiàn)

7、水印系統(tǒng)抵抗幾何攻擊的目的；此外，Tchebichef矩對(duì)噪聲和壓縮的良好抑制力又進(jìn)一步增強(qiáng)了水印系統(tǒng)對(duì)常規(guī)圖像處理的抵抗力。與同類算法相比，該算法嵌入容量大，不可見性好，且抵御常規(guī)圖像處理和幾何攻擊的能力強(qiáng)。 總之，本文在有效解決局部特征區(qū)域穩(wěn)定性和分布均勻性之間矛盾的基礎(chǔ)上，將構(gòu)建幾何不變的局部特征區(qū)域與設(shè)計(jì)水印嵌入、檢測(cè)策略有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)的水印方案能充分抵御常規(guī)圖像處理、幾何攻擊以及組合攻擊，為抗幾何攻擊圖像水印技術(shù)的理論