基于压缩感知的数字图像认证水印算法研究

摘要

随着社会经济和信息科学技术的迅猛发展，信息快速而广泛地传播成为一个时代的标志，其中利用图片传递信息尤为常见。特别是在计算机图像处理软件日益强大之后，社会上对图片的篡改更加频繁，因此图像认证变得十分重要。图像认证也是数字水印的重要研究方向之一。而近几年兴起的压缩感知理论打破了传统的奈奎斯特采样定理的限制，通过相关算法可以重建稀疏或压缩后的信息。压缩感知理论在图像处理、医学图像等领域已有应用，但在数字水印方面的研究还较少，故研究基于压缩感知的图像认证是信息安全领域的一个热点。
　　本文首先对图像认证和压缩感知技术的进展和现状做了深入研究。然后对数字图像认证算法和压缩感知基本理论进行分析，引入压缩感知在半脆弱零水印算法中的研究思想。为了提高水印的安全性，本文基于对分块压缩感知及投影矩阵的构建，提出了一种基于分块压缩感知的水印构造方法。分块压缩感知思想提高了观测速度，图像块的测量矩阵远小于整幅图像的测量矩阵，便于存储。给出了水印的构造流程框架，便于清晰的了解水印的生成思路。然后设计水印的生成方法，通过投影处理得到的压缩感知观测值生成水印，不仅保证水印的安全性，还很好地保护了原图像的质量。
　　与此同时，针对认证算法水印的嵌入容易受到恶意篡改的问题，提出一种基于分块压缩感知篡改检测定位的水印算法。分块思想减少了图像信息量的处理，将压缩感知测量值进行随机投影，在观测域中将得到的观测值生成零水印保存注册，同时获得一个唯一的注册ID号，提高了水印信息的安全性。图像检测时可以先通过均方误差进行比较，初步判定图像特征信息是否被篡改，然后通过篡改检测前后水印信息的距离平方作为衡量标准，这样就实现了图像的篡改定位与图像认证。实验结果表明，本文算法满足不可感知性、对常规操作具有鲁棒性的要求，而且可以实现篡改定位，且安全性较高。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外相关领域的研究现状

1.3 本文主要内容和结构安排

第2章 数字图像认证算法

2.1 图像认证技术

2.2 认证水印

2.3 半脆弱水印基本方法

2.4 本章小结

第3章 压缩感知在数字图像认证中的应用

3.1 压缩感知基本理论概述

3.2 压缩感知恢复算法仿真实验

3.3 压缩感知在数字水印中的应用

3.4 本章小结

第4章 基于分块压缩感知的水印生成方法

4.1 分块压缩感知

4.2 水印的构造流程

4.3 水印的生成

4.4 分块压缩感知生成水印的优点

4.5 本章小结

第5章 基于分块压缩感知的篡改定位图像认证算法

5.1 引言

5.2 算法设计

5.3 实验结果与算法性能分析

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 本文的工作总结

6.2 未来的研究工作

参考文献

致谢

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