基于特征點(diǎn)的抗幾何攻擊的圖像盲水印技術(shù)研究.pdf

1、目前，人們不但可以通過(guò)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(fù)制品，由此引發(fā)的盜版問(wèn)題和版權(quán)紛爭(zhēng)已成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。
　　 數(shù)字水印技術(shù)作為解決這類問(wèn)題的一種潛在的有效技術(shù)，正受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)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(guò)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(duì)象。
　　 數(shù)字水印作為版權(quán)保護(hù)的手段，必然會(huì)受到各種形式的攻擊，因

2、此用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印應(yīng)該具有魯棒性。然而在抗幾何攻擊方面，目前仍然沒(méi)有令人十分滿意的水印方案面世，尤其在盲水印應(yīng)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(diǎn)標(biāo)識(shí)水印嵌入的位置，并在與每個(gè)特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的局部區(qū)域中獨(dú)立地嵌入水印，從而當(dāng)只有部分圖像時(shí)，仍能通過(guò)這些特征點(diǎn)來(lái)定位和檢測(cè)水印，因而可有效

3、地抵抗裁剪攻擊?；诰植?jī)?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(gè)模塊：特征點(diǎn)的檢測(cè)、用于水印嵌入和水印檢測(cè)的局部區(qū)域的構(gòu)造和各個(gè)局部區(qū)域的水印的嵌入和檢測(cè)。整個(gè)水印系統(tǒng)的魯棒性與特征點(diǎn)的魯棒性、基于特征點(diǎn)構(gòu)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(guān)，缺一不可。因此，分別針對(duì)這三個(gè)功能模塊展開(kāi)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(shí)別領(lǐng)域中的特征用來(lái)同步水印。但是由于水

4、印應(yīng)用和模式識(shí)別領(lǐng)域的需求不一致，模式識(shí)別領(lǐng)域中的特征并不一定適用于水印應(yīng)用。因此，提出了一種基于圓盤平均亮度適用于水印應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)縮放不變特征(Disk Based Rotation and Scale Invariant Feature，簡(jiǎn)稱為DRSIF)的提取算法。對(duì)于圖像上的每一點(diǎn)，以該點(diǎn)為圓心構(gòu)造一個(gè)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(jì)算各個(gè)圓環(huán)的內(nèi)外環(huán)的絕對(duì)平均亮度差，并將內(nèi)外環(huán)的絕對(duì)平均亮度差的最大值

5、(且為極大值)作為該點(diǎn)的響應(yīng)值，將內(nèi)外環(huán)的絕對(duì)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(diǎn)的特征半徑。檢測(cè)圖像上響應(yīng)值取得局部極值的點(diǎn)以作為DRSIF點(diǎn)。從理論角度分析DRSIF提取算法的時(shí)間復(fù)雜度，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證DRSIF點(diǎn)的魯棒性，并與模式識(shí)別領(lǐng)域中最具代表性的兩種尺度不變特征點(diǎn)進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)表明，DRSIF點(diǎn)對(duì)于水印應(yīng)用中的常見(jiàn)攻擊具有魯棒性，因此適用于水印應(yīng)用中。
　　 特征點(diǎn)對(duì)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。基于特征點(diǎn)構(gòu)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(gòu)造方式。分別詳細(xì)闡述了如何基于DRSIF點(diǎn)來(lái)構(gòu)造局部水印嵌入?yún)^(qū)域和檢測(cè)區(qū)域。基于原始圖象上的DRSIF點(diǎn)構(gòu)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。基于待檢測(cè)圖象上的DRSIF點(diǎn)構(gòu)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(cè)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(cè)圖像上水印嵌入?yún)^(qū)域的構(gòu)造過(guò)程很難準(zhǔn)確再現(xiàn)。提出了分區(qū)策略來(lái)提高水印檢測(cè)過(guò)程中水印嵌入?yún)^(qū)域的命中率，以加快檢測(cè)到嵌有水印區(qū)域的速度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于DRSIF點(diǎn)構(gòu)造的水印嵌入?yún)^(qū)域的魯棒性和水印檢測(cè)區(qū)域構(gòu)造過(guò)程中分區(qū)策略的有效性。
　　 在前面的研究基礎(chǔ)上，提出了兩套完整的基于DRSIF點(diǎn)的局部水印方案：1)基于DRSIF點(diǎn)的空域局部水印方案；2)基于DRSIF點(diǎn)和不變域的局部水印方案。第一個(gè)方案中

8、，利用區(qū)域的矩計(jì)算水印嵌入?yún)^(qū)域的特征角度來(lái)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(gè)方案將水印重復(fù)地嵌入到各個(gè)水印嵌入?yún)^(qū)域的旋轉(zhuǎn)縮放(簡(jiǎn)稱RS)不變域中，通過(guò)將幾何不變域與局部水印思想相結(jié)合，互補(bǔ)長(zhǎng)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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