基于特征點的抗幾何攻擊的圖像盲水印技術研究.pdf

1、目前，人們不但可以通過互聯(lián)網(wǎng)和CD-ROM方便快捷地獲得多媒體信息，還可以得到與原始數(shù)據(jù)完全相同的復制品，由此引發(fā)的盜版問題和版權紛爭已成為日益嚴重的社會問題。
　　 數(shù)字水印技術作為解決這類問題的一種潛在的有效技術，正受到國內(nèi)外學者的廣泛關注。由于圖像信息在多媒體信息中的廣泛性和重要地位，以及其研究過程所具有的代表性，因此這里主要以數(shù)字圖像水印為研究對象。
　　 數(shù)字水印作為版權保護的手段，必然會受到各種形式的攻擊，因

2、此用于版權保護的數(shù)字水印應該具有魯棒性。然而在抗幾何攻擊方面，目前仍然沒有令人十分滿意的水印方案面世，尤其在盲水印應用中。在目前已經(jīng)提出的抗幾何攻擊的盲水印方案中，第二代水印，即基于圖像內(nèi)容的局部水印方案，有望能解決魯棒盲水印中的抗幾何攻擊難題?；趦?nèi)容的局部水印方案的基本思想是：利用圖像中穩(wěn)定的特征點標識水印嵌入的位置，并在與每個特征點對應的局部區(qū)域中獨立地嵌入水印，從而當只有部分圖像時，仍能通過這些特征點來定位和檢測水印，因而可有效

3、地抵抗裁剪攻擊?；诰植績?nèi)容的局部水印(也稱為基于特征的局部水印)，按邏輯可劃分為三個模塊：特征點的檢測、用于水印嵌入和水印檢測的局部區(qū)域的構造和各個局部區(qū)域的水印的嵌入和檢測。整個水印系統(tǒng)的魯棒性與特征點的魯棒性、基于特征點構造的局部區(qū)域的穩(wěn)定性以及局部區(qū)域上的水印算法的魯棒性密切相關，缺一不可。因此，分別針對這三個功能模塊展開深入研究。
　　 目前已有的基于特征的水印算法都是直接將模式識別領域中的特征用來同步水印。但是由于水

4、印應用和模式識別領域的需求不一致，模式識別領域中的特征并不一定適用于水印應用。因此，提出了一種基于圓盤平均亮度適用于水印應用的旋轉(zhuǎn)縮放不變特征(Disk Based Rotation and Scale Invariant Feature，簡稱為DRSIF)的提取算法。對于圖像上的每一點，以該點為圓心構造一個內(nèi)環(huán)半徑呈等比數(shù)列變化、且內(nèi)外環(huán)半徑比固定的同心圓環(huán)序列，計算各個圓環(huán)的內(nèi)外環(huán)的絕對平均亮度差，并將內(nèi)外環(huán)的絕對平均亮度差的最大值

5、(且為極大值)作為該點的響應值，將內(nèi)外環(huán)的絕對平均亮度差取得最大值(且為極大值)、且最靠近圓心的圓環(huán)的內(nèi)環(huán)半徑作為該點的特征半徑。檢測圖像上響應值取得局部極值的點以作為DRSIF點。從理論角度分析DRSIF提取算法的時間復雜度，從實驗角度驗證DRSIF點的魯棒性，并與模式識別領域中最具代表性的兩種尺度不變特征點進行比較。實驗表明，DRSIF點對于水印應用中的常見攻擊具有魯棒性，因此適用于水印應用中。
　　 特征點對于幾何的協(xié)變性

6、并不能保證剖分得到的局部區(qū)域也具有幾何協(xié)變性?；谔卣鼽c構造的局部區(qū)域的幾何協(xié)變性還依賴于具體的剖分方式，即局部區(qū)域的構造方式。分別詳細闡述了如何基于DRSIF點來構造局部水印嵌入?yún)^(qū)域和檢測區(qū)域?；谠紙D象上的DRSIF點構造出圓形區(qū)域，并從中選擇熵值比較大、魯棒的、且互不交疊的區(qū)域作為水印嵌入?yún)^(qū)域?；诖龣z測圖象上的DRSIF點構造出圓形區(qū)域，并從中選擇熵值比較大的區(qū)域作為候選水印檢測區(qū)域。嵌入的水印以及圖像所遭受的失真都可能使得圖

7、像的內(nèi)容發(fā)生輕微的變化，因此待測圖像上水印嵌入?yún)^(qū)域的構造過程很難準確再現(xiàn)。提出了分區(qū)策略來提高水印檢測過程中水印嵌入?yún)^(qū)域的命中率，以加快檢測到嵌有水印區(qū)域的速度。通過實驗驗證了基于DRSIF點構造的水印嵌入?yún)^(qū)域的魯棒性和水印檢測區(qū)域構造過程中分區(qū)策略的有效性。
　　 在前面的研究基礎上，提出了兩套完整的基于DRSIF點的局部水印方案：1)基于DRSIF點的空域局部水印方案；2)基于DRSIF點和不變域的局部水印方案。第一個方案中

8、，利用區(qū)域的矩計算水印嵌入?yún)^(qū)域的特征角度來反映圖像的旋轉(zhuǎn)角度，以使得區(qū)域具有旋轉(zhuǎn)不變性。第二個方案將水印重復地嵌入到各個水印嵌入?yún)^(qū)域的旋轉(zhuǎn)縮放(簡稱RS)不變域中，通過將幾何不變域與局部水印思想相結(jié)合，互補長短，不僅可以抵抗全局RST攻擊，還可以抵抗裁剪等局部幾何攻擊。通過實驗驗證了這兩套方案的魯棒性。且與同類算法相比，提出的兩套方案的性能優(yōu)于同類算法。提出的兩套局部水印方案相比，變換域局部水印方案的魯棒性比空域局部水印方案略差，這是由