基于整数小波变换的医学图像易碎水印方法

为了对医学图像进行快速鲁棒的认证提出了一种基于整数小波变换的易碎水印算法.该算法首先利用小波分解后的四叉树结构结合树节点上的统计信息和密钥来选择嵌入水印的位置,然后对确定嵌入水印的位置只嵌入1bit的水印信息.该算法具有以下特点：（1）图像嵌入水印后具有较高的信噪比,适用于医学图像的认证;（2）结合小波系数的统计信息来选择嵌入水印的位置,可保证水印的易碎性;（3）小波分解在空频域的特性使得算法对篡改有很强的定位能力;（4）可利用密钥对本算法进行保护,即使算法公开,也能抵挡恶意攻击.实验结果表明,该算法适用于医学图像的认证,并且复杂度较低,实用性较强.     

基于SURF的ROI区域的可逆水印算法

针对ROI水印算法对几何攻击的抵抗能力较弱的问题,本文提出一种基于SURF(Speeded Up Robust Features)特征点选取ROI,并分别嵌入中、低频子带的可逆水印算法,能有效抵抗几何攻击。该算法首先提取载体的SURF特征点,然后对载体图像进行5/3整数小波变换,筛选出感性兴趣区域(ROI)的低频系数和非感兴趣区域(ROB)的中频系数;水印经过置乱变换和抽样金字塔分解,水印分解后的近似子带嵌入感兴趣区域的低频子带中,残差子带嵌入非感兴趣区域的中频系数中。实验数据表明该算法能够抵抗常规的几何攻击和信号攻击,提取的水印相似度高,NC值均保持在0.89以上,具有良好的可逆性和鲁棒性。     

增强奇异值分解和细胞神经网络的零水印

目的 针对奇异值分解算法存在的对角线失真、虚警错误等问题,引入一个寻找最抗攻击缩放比例的参数,提出基于增强奇异值分解的零水印算法。方法 首先将离散小波变换作用于原始图像,对分离出的低频逼近子图进行不重叠分块,对分块后的低频逼近子图作离散余弦变换得到低频系数矩阵,再分别对每个块矩阵进行增强奇异值分解,将得到的最大奇异值与最大奇异值均值作比较构成特征向量;然后对水印图像进行Arnold变换和Logistic映射得到置乱加密后的水印图像;最后将特征向量和置乱加密后的水印图像分别作为细胞神经网络的起始值和控制输入值,通过设定细胞神经网络的反馈模板、控制模板以及阈值来确定具体的可逆逻辑运算。经过可逆逻辑运算处理后的细胞神经网络输出图像即为零水印的注册图像。将注册图像保存到认证中心以证明对图像作品的版权。结果 在JPEG压缩、噪声、滤波、旋转以及剪切等各种攻击下,提取的水印和原始水印的归一化相关值都在96%以上,算法平均运行时间为2.389 s,性能较高。结论 通过利用参数对奇异值矩阵进行调整的方法,不仅增强了算法的鲁棒性,而且解决了奇异值分解（SVD）出现的对角线失真和虚警错误问题。同时通过结合零水印的思想,解决了传统水印算法需在载体图像中嵌入水印而导致的水印不可见性与鲁棒性之间的矛盾。     

图像块的不可见性与鲁棒性均衡水印算法

目的 为协调水印算法不可见性与鲁棒性之间的矛盾,提高水印算法抵抗几何攻击的能力,提出一种图像块的不可见性与鲁棒性均衡水印算法。方法 将宿主图像分成互不重叠的图像块,利用人类视觉系统的掩蔽特性对每个图像块的纹理特征和边缘特征进行分析,选择掩蔽性好的图像块作为嵌入子块。对嵌入子块作2级离散小波变换,将其低频子带进行奇异值分解,通过修改U矩阵第1列元素间的大小关系嵌入Arnold置乱后的水印信息。在水印提取前,对几何失真含水印图像利用图像尺度不变特征变换（SIFT）特征点的坐标关系和尺度特征进行几何校正,恢复水印的同步性。结果 对标准灰度图像进行实验,含水印图像的峰值信噪比都可以达到44 dB以上。对含水印图像进行常规攻击和几何攻击,提取出的水印图像与原始水印图像的归一化互相关系数大部分都能达到0.99以上,说明该算法不仅具有良好的不可见性,对常见攻击和几何攻击都具有较强的鲁棒性。结论 选择掩蔽性好的图像块作为水印嵌入位置能够充分保证水印算法的不可见性,特别是水印提取前利用SIFT特征点具有旋转、缩放和平移不变性对几何失真含水印图像实现有效校正,提高了含水印图像抵抗几何攻击的能力,较好地协调水印算法不可见性与鲁棒性之间的矛盾。     

一种图像小波域内分形零水印算法

针对数字图像版权的保护,本文提出了一种小波域内基于分形理论的零水印算法。首先对载体图像进行Haar 小波变换,接着对小波低频系数进行分形编码,通过分形匹配获得图像的重要特征信息;然后建立特征信息与图像水印之间的 关系,进行水印的双重嵌入;由于算法没有对图像进行任何修改就完成了水印的嵌入,很好地解决水印鲁棒性与不可见性之间 的矛盾。仿真实验结果表明,算法对常见的图像处理及几何攻击有较强的鲁棒性。     

基于图像纹理复杂度的小波域数字水印算法

针对水印信息嵌入量小、鲁棒性弱、遮蔽性差的问题,提出一种基于图像纹理复杂度的小波域人类视觉系统的水印算法。该算法将载体图像进行分块,计算每块的图像熵,并根据图像熵对载体图像的纹理特征区域进行分类,不同纹理特征水印的嵌入量不同。利用Logistic映射对水印信号进行置乱变换,将水印信号嵌入到二层离散小波变换的低频系数中,并利用小波域人类视觉模型控制水印的嵌入强度。在提取水印时,通过水印误码率和峰值信噪比评价水印质量。实验结果表明,该算法能抵抗噪声干扰、裁剪和密钥攻击,水印图像具有较强的鲁棒性和良好的遮蔽性。     

一种基于DWT的双密钥自适应水印算法

为了更好地保护数字图像的版权,提出了一种基于小波变换域的双密钥自适应水印算法。该算法首先结合梯度分割阈值选取策略,自适应抽取图像内容特征并作为水印信息;然后利用载体图像的邻域特征自适应确定量化步长,并通过量化调制小波系数嵌入数字水印。针对不断出现的各种各样的水印攻击,尤其是解释攻击,通过对其原理的分析,提出了由认证中心分密钥和作者分密钥组成的双密钥水印方案,较好地解决了在抗解释攻击方面存在的问题,提高了水印信息的安全性。仿真实验表明,该自适应水印算法不仅具有良好的不可见性,而且对JPEG压缩、高斯噪声、图像剪切和中值滤波等攻击具有理想的鲁棒性。     

基于整数小波变换和SVD的视频水印算法

提出了一种以二值图像为水印的混合整数小波变换和奇异值分解的视频水印盲提取算法。对水印图像进行混沌加密和Arnold置乱处理,选择计算复杂度低的直方图算法将视频分割为若干场景;借助密钥随机选取某些场景的亮度分量进行l级整数小波变换,再对低频子带进行分块的奇异值分解;采用量化的方法,将预处理后的水印图像嵌入奇异值分解后的最大奇异值中。在嵌入了水印的视频场景中提取所有的水印版本之后,利用对提取的所有水印信号版本进行统计求和的方法得到最终提取的水印图像。实验表明,提出的算法具有较好的透明性,对常见的处理具有较好的鲁棒性。     

基于小波变换的多功能数字水印

提出一种基于小波域的多功能数字水印算法,根据人类视觉特性和原始图像的自身内容确定可见水印在低频子带和各高频子带的拉伸系数。对嵌入可见水印图像的低频小波系数进行量化,并将合适的量化步长嵌入不可见水印。实验结果表明,该算法生成的水印图像满足可见水印的要求,且不可见水印对一般的图像处理和攻击具有很好的鲁棒性,可以同时实现版权通知和版权保护。     

图像块的自适应均衡水印算法

目的 针对水印算法通常利用实验确定强度参数,实验工作量大并且具有随机性,得到的参数无法较好地均衡水印不可见性和鲁棒性,提出一种基于图像块的自适应均衡水印算法。方法 利用尺度不变特征变换（SIFT）提取原始图像中鲁棒性强的特征点作为水印嵌入区域,将提取的嵌入区域分成4个大小相等且互不重叠的图像块,并对各图像块进行奇异值分解（SVD）,得到与各块相应的奇异值矩阵,各块与水印做一级离散小波变换后产生的各子带相叠加,生成嵌入加密水印块,重组得到水印矩阵,降维后将特征点还原到原始图像。根据果蝇优化算法（FOA）中适应度函数迭代确定加密水印强度参数,构造水印图像的自适应嵌入,来均衡水印的不可见性和鲁棒性,水印检测可直接作用在受攻击后的图像上,无需校正恢复。结果 对标准灰度图像进行多组实验,得到含水印图像峰值信噪比均达到43dB以上;对水印载体图像分别进行噪声、压缩、剪切、旋转仿真攻击实验,提取水印图像与原始水印图像的归一化相关系数都达到0.94以上。结论 SIFT算法实现图像块局部嵌入,提取特征点稳定性强,结合SVD算法使水印嵌入性能良好,利用FOA算法自适应确定最优参数,使水印图像嵌入效果达到最佳状态,最终均衡了水印的不可见性和鲁棒性。     

平衡多小波视觉密码零水印算法

传统零水印算法构造的水印通常是没有实际意义的二值序列,致使版权辨别不够直观快捷。借鉴视觉密码原理,结合平衡多小波、奇异值分解等技术,提出平衡多小波视觉密码零水印算法。将客户水印作为零水印嵌入到版权图像中,对版权图像进行平衡多小波变换得到实际载体;根据实际载体图像进行块奇异值分解并计算平衡因子得到差值矩阵,由差值矩阵生成过渡矩阵;将过渡矩阵结合2×2视觉秘密图份算法生成图像特征信息;结合图像特征信息和客户水印信息产生零水印。实验结果表明,该算法具有良好的安全性和鲁棒性,是一种可靠的图像版权认证零水印算法。     

小波域视觉密码零水印算法

目的传统零水印算法需要构造包含图像特征的水印数据,这样构造的水印往往是无意义的。在已有视觉密码鲁棒水印算法基础上,结合零水印思想,提出小波域视觉密码零水印算法。方法零水印不仅仅是由载体图像生成的,而是其与水印信息共同制造的视觉秘密图份。算法产生2幅图份:主图份(图像特征信息)和所有权图份(零水印)。首先,将载体图像通过合理置乱,去除像素相关性;其次,对置乱后的图像做小波变换,再将小波低频子带分块并对各块做奇异值分解,通过比较块特征值与块特征值均值生成过渡矩阵;然后,将生成的过渡矩阵结合2×2视觉秘密图份算法生成主图份;最后,结合主图份和秘密水印信息产生所有权图份,同时将其保存到认证中心。结果针对零水印信息不够直观,在不对载体进行任何改动的情况下,将有意义二值图像作为零水印嵌入到载体图像中去。即使在很强的鲁棒干扰环境中,本文方法仍然比传统的零水印算法表现出色。结论提出了一种可靠的图像版权认证零水印算法。实验结果表明,算法具有良好的安全性,同时对多种图像处理具有很好的鲁棒性。     

一种基于小波变换的零水印算法

在水印嵌入的时候,已有的大多数数字水印方法都是对原始图像数据信息作一定的运算修改,使得鲁棒性和安全性受到限制。而零水印不需要修改原始图像的任何信息,可以有更好的透明性。本文提出了一种基于图像置乱和小波变换的零水印算法:首先将水印图像进行置乱,然后利用载体图像一级小波分解后的低频子图和置乱后的水印图像得到提取矩阵,再对提取矩阵进行一定的打乱加密。利用提取矩阵来提取水印,增强了水印的透明性、鲁棒性和安全性。     

结合汉明码和图像矫正的彩色图像盲水印

目的 随着互联网技术的飞速发展,彩色数字图像带来极大便利的同时,也产生了一些篡改、剽窃等侵权行为;同时,几何处理对含水印载体的破坏使水印盲检测的难度增加,因此,本文提出一种基于汉明码和图像矫正的彩色图像盲水印方法,旨在解决当前图像版权保护的难点问题。方法 嵌入水印时,使用仿射变换加密彩色水印,并将已加密的信息编为汉明码,然后利用特征值分解计算出像素块的全部特征值,并通过对特征值绝对值的和进行量化来完成水印的嵌入;提取水印时,利用图像的几何属性对多种几何攻击后的图像进行判断、矫正,并借助量化技术提取水印。结果 基于彩色图像标准数据库,将本文方法与7种相关方法进行了对比实验：在不可见性方面,与LU分解的水印方法相比,本文算法峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio,PSNR）提高了4 dB;在常规攻击鲁棒性方面,与Schur分解的最新方法相比,本文算法平均归一化互相关（normalized cross-correlation,NC）的值稍有提高;在几何攻击鲁棒性方面,本文算法NC值具有一定的优势;同时,本文算法的水印容量达到了0.25 bit/像素,密钥空间达到了2⁴³²,运行时间仅需3 s左右。结论 所提方法不仅具有较好的水印不可见性和较强的鲁棒性,而且具有较大的水印容量、较高的安全性和实时性。     

A multimedia application for watermarking digital images based on a content based image retrieval technique

The current work is focused on the implementation of a robust multimedia application for watermarking digital images, which is based on an innovative spread spectrum analysis algorithm for watermark embedding and on a content-based image retrieval technique for watermark detection. The existing highly robust watermark algorithms are applying “detectable watermarks” for which a detection mechanism checks if the watermark exists or not (a Boolean decision) based on a watermarking key. The problem is that the detection of a watermark in a digital image library containing thousands of images means that the watermark detection algorithm is necessary to apply all the keys to the digital images. This application is non-efficient for very large image databases. On the other hand “readable” watermarks may prove weaker but easier to detect as only the detection mechanism is required. The proposed watermarking algorithm combine’s the advantages of both “detectable” and “readable” watermarks. The result is a fast and robust multimedia application which has the ability to cast readable multibit watermarks into digital images. The watermarking application is capable of hiding 2¹⁴ different keys into digital images and casting multiple zero-bit watermarks onto the same coefficient area while maintaining a sufficient level of robustness.     

实离散分数Krawtchouk变换及其在数字图像水印中的应用

目的 传统Krawtchouk变换处理图像时存在变换域信息表示单一、不可调节等问题,传统分数阶Krawtchouk变换处理实信号表示有冗余等问题。为了构造更加灵活的图像变换域表示,提出了实离散分数阶Krawtchouk变换,并应用于数字图像水印。方法 利用对传统Krawtchouk变换矩阵特征值分解的方式,通过对分解后的特征值矩阵的实矩阵分数化构造得到了实离散分数阶Krawtchouk变换的变换矩阵,从而构造出实离散分数阶Krawtchouk变换。然后,利用所提变换从实数域变换到实数域这一特性,提出了在实离散分数阶Krawtchouk变换嵌入水印信息的图像水印算法。算法采用了图像分块处理的方式,对每个图像块的实离散分数Krawtchouk变换系数进行奇异值分解,将水印信息嵌入奇异值分解矩阵中,然后进行逆向实离散分数阶Krawtchouk变换得到嵌入水印后的图像。结果 通过比较所提实离散分数阶Krawtchouk变换域水印算法和传统Krawtchouk变换域水印算法,提取水印的平均错误率在中值滤波、均值滤波、高斯滤波、JPEG压缩和缩放攻击下,分别降低了12.39%、10.04%、18.50%、71.49%和17.60%。结论 实验结果表明,提出的实离散分数阶Krawtchouk变换域水印方案对中值滤波、均值滤波、高斯滤波、JPEG压缩和缩放等多种信号处理攻击具有较好的鲁棒性。     

面向屏幕拍摄的端到端鲁棒图像水印算法

目的 在抗屏摄鲁棒图像水印算法的研究中,如何在保证含水印图像视觉质量的同时提高算法的鲁棒性是存在的主要挑战。为此,提出一种基于深度学习的端到端网络框架以用于鲁棒水印的嵌入与提取。方法 在该网络框架中,本文设计了包含摩尔纹在内的噪声层用以模拟真实屏摄噪声造成的失真,并通过网络训练来学习到抵抗屏摄噪声的能力,增强网络生成的含水印图像的鲁棒性;同时引入了最小可察觉失真（just noticeable distortion,JND）损失函数,旨在通过监督图像的JND系数图与含有水印信息的残差图之间的感知差异来自适应控制鲁棒水印的嵌入强度,以提高生成的含水印图像的视觉质量。此外,还提出了两种图像区域自动定位方法,分别用于解决：拍摄图像中前景与背景分割即含水印图像区域的定位矫正问题,以及含水印图像经过数字裁剪攻击后的解码问题。结果 实验结果表明,引入JND损失函数后嵌入水印图像的视觉质量得到了提高,平均的峰值信噪比（peak signalto-noise ratio,PSNR）、结构相似性（structural similarity,SSIM）可分别达到30.937 1 dB和0.942 4。加入摩尔纹的噪声模拟层后,所提算法的误码率可下降1%～3%,具有抵抗屏摄噪声的能力。另外,将图像的R通道嵌入用于抗裁剪的模板,使得算法可有效抵抗较大程度的数字裁剪攻击。本文算法的计算复杂度较低,对单幅图像进行嵌入时,定位与提取操作的总耗时小于0.1 s,可满足实际应用场景的实时性需求。结论 本文算法的嵌入容量和生成的含水印图像视觉质量较为理想,且在不同拍摄距离、角度以及不同拍摄和显示设备条件下的鲁棒性优于已报道的主流算法。     

一种尺度空间特征区域的强鲁棒性水印算法

针对数字水印算法中特征区域选取不足以反映图像重要信息,导致鲁棒性减弱的问题,提出一种尺度空间特征区域的强鲁棒性水印算法。通过尺度空间特征点检测,提取靠近载体图像重心且互不重叠的特征区域,合成特征区域矩阵,用变换域水印算法嵌入水印,对可能受到攻击的含水印图像提取特征区域,合成其特征区域矩阵,用嵌入水印算法逆过程提取水印。实验表明,该算法不仅对常规攻击和噪声攻击都具有强鲁棒性,且不可见性良好。