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)境中實施對數(shù)字產(chǎn)品的有效版權(quán)保護(hù)、確保信息安全已經(jīng)成為一個亟待解決的現(xiàn)實問題，也成為企業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的熱點問題之一。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)的實際應(yīng)用提供有效的解決方案。論文的主要創(chuàng)新點概括如下： （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)點選擇策略。針對尺度空間特征點的多類屬性，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。實驗結(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現(xiàn)水印嵌入。實驗結(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）針對現(xiàn)有基于圖像特征的數(shù)字水印方案對常規(guī)圖像處理和幾何攻擊不能同時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，水印的嵌入和檢測是在局部區(qū)域的DFT變換域中進(jìn)行。大量的實驗結(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，使之相對獨立于圖像像素的位置偏移和數(shù)值計算誤差，從而實現(xiàn)

7、水印系統(tǒng)抵抗幾何攻擊的目的；此外，Tchebichef矩對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)計水印嵌入、檢測策略有機(jī)結(jié)合，設(shè)計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