基于壓縮感知的圖像哈希算法.pdf

1、圖像哈希算法是信息安全方向研究的一項熱門課題。它將一幅圖像映射為一串短小的數(shù)字或字符序列，已普遍應(yīng)用于圖像認(rèn)證、圖像索引、圖像檢索和數(shù)字水印等方面。圖像哈希算法具有兩個基本的性質(zhì)，分別為感知魯棒性和唯一性。感知魯棒性是指視覺內(nèi)容相同或相似的圖像，盡管它們的具體數(shù)據(jù)值可能存在差異，但應(yīng)該獲得相似或者相同的哈希值，這是與傳統(tǒng)密碼學(xué)中哈希算法的不同之處。傳統(tǒng)密碼學(xué)的哈希算法可以將任意輸入數(shù)據(jù)映射成固定長度的數(shù)字序列，即使只改變輸入數(shù)據(jù)的一個比

2、特也會導(dǎo)致輸出值劇烈變化。在日常應(yīng)用中，常用的數(shù)字圖像處理有圖像增強(qiáng)、圖像壓縮、幾何變換等一系列操作，這些操作會改變圖像的具體表示數(shù)據(jù)，但并不改變圖像的視覺本質(zhì)內(nèi)容，因此圖像哈希值基本保持不變。對于視覺上差異較大的圖像，其哈希值應(yīng)完全不同，即，圖像哈希算法應(yīng)具有較好的唯一性。所以傳統(tǒng)密碼學(xué)哈希算法只適合于文本數(shù)據(jù)，對于圖像等多媒體數(shù)據(jù)，則需要設(shè)計和開發(fā)新的哈希算法。此外，圖像哈希算法應(yīng)用于圖像篡改檢測等領(lǐng)域時，圖像哈希值應(yīng)該具有安全性，

3、即用不同密鑰控制同一幅圖像的哈希提取，將得到完全不同的哈希值。
　　本文以數(shù)字圖像作為研究對象，以壓縮感知、顏色向量角和環(huán)形分割為切入點，研究圖像哈希新技術(shù)，提出了兩種圖像哈希算法，即，基于壓縮感知和顏色向量角的圖像哈希算法以及基于壓縮感知和環(huán)形分割的圖像哈希算法。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.基于壓縮感知和顏色向量角的圖像哈希算法
　　壓縮感知是一種有效的數(shù)據(jù)降維方法，可通過測量矩陣將數(shù)據(jù)實現(xiàn)降維操作，從而得到高效的數(shù)

4、據(jù)壓縮。對于彩色圖像而言，亮度變化對顏色向量角的影響較小，但對色調(diào)變化關(guān)聯(lián)性大。與RGB顏色空間的歐氏距離相比，顏色向量角對兩種顏色間的感知差異的評價更為有效，能夠有效地捕捉顏色感知差異?；谝陨峡紤]，提出聯(lián)合利用壓縮感知和顏色向量角來設(shè)計圖像哈希算法。該算法先對圖像進(jìn)行預(yù)處理，建立規(guī)范化圖像，這是提取穩(wěn)健特征的前提條件，然后計算規(guī)范化圖像對應(yīng)的顏色向量角矩陣，隨后將該矩陣進(jìn)行分塊，再將每個分塊進(jìn)行壓縮感知，最后由測量向量的算術(shù)平均值得

5、到哈希序列。大量實驗結(jié)果表明該算法能夠抵抗常見的數(shù)字圖像操作，如縮放、水印嵌入、伽瑪校正、亮度、對比度調(diào)整、高斯低通濾波和小角度旋轉(zhuǎn)，并具有較好的唯一性和安全性。
　　2.基于壓縮感知和環(huán)形分割的圖像哈希算法
　　考慮到大多數(shù)哈希算法對旋轉(zhuǎn)變換敏感，而圖像的環(huán)形分割能較好抵抗旋轉(zhuǎn)操作。為此，利用環(huán)形分割來建立抵抗旋轉(zhuǎn)操作的圖像哈希算法。該算法先對輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理，再用環(huán)形分割提取各圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的像素集合，分別對這些集合數(shù)據(jù)進(jìn)