基于脆弱水印的二值图像认证与篡改定位研究

摘要

随着全球信息资源的数字化进程日益加快，以及电子商务、电子政务的日趋流行，对网上发行的电子刊物进行盗版追踪，对来往的电子信函、公文或传真进行完整性认证变得日益紧迫。由于绝大部分数字资源为二值图像格式，因此对二值图像进行版权保护和完整性认证显得尤为重要。相对于灰度或彩色图像，二值图像仅有两个亮度等级，一黑一白视觉反差极大，任何不恰当的改动即使很细微也容易引起明显的修改痕迹，甚至改变图像表达的信息。因此一般针对灰度或彩色图像的水印嵌入方法都不能直接应用于二值图像。
　　 本文深入分析了现有基于脆弱水印的二值图像认证算法所存在的问题，在此基础上提出新的二值图像认证和篡改定位算法。并进一步提出适用于需要对图像进行精确再处理等应用场合的无损水印认证算法：
　　 1.基于纠错码的二值图像脆弱水印认证及篡改定位算法。利用二值图像中的像素构造纠错码，通过嵌入其校验码来实现对图像的完整性认证和篡改定位。该算法仅需较低的嵌入负载，还可在图像的不同区域调节嵌入负载的大小，解决了二值图像冗余信息少且分布不均匀等问题；并且充分考虑了人类的视觉特性，有效地保证了嵌入水印后图像良好的视觉效果。
　　 2.基于高容量脆弱水印的二值图像无损认证算法。基于模式块替换思想，选择二值图像的边缘作为水印的嵌入位置，通过相互交错的图像块划分方式和不定长的嵌入方式最大限度地提高了嵌入容量。另外结合各类型模式块的出现频率，采用哥伦布编码实现对用于原始图像无损恢复的辅助信息的有效压缩。
　　 本文的研究将为二值图像的完整性认证提供新方法和关键技术，其研究成果将为医学、军事、以及法律鉴定等领域提供技术基础，将为社会稳定和发展起到重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 选题背景及其意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 脆弱水印技术研究现状

1.3.2 二值图像信息隐藏技术研究现状

1.3.3 无损数字水印技术研究现状

1.4 主要研究内容

1.5 论文结构

第2章 基于脆弱水印的认证技术研究简介

2.1 脆弱水印概述

2.1.1 脆弱水印的概念

2.1.2 脆弱水印的基本特征

2.1.3 脆弱水印的分类

2.1.4 脆弱水印的篡改定位

2.1.5 脆弱水印算法存在的问题

2.2 二值图像数字水印技术概述

2.2.1 二值图像信息隐藏算法

2.2.2 二值图像认证水印算法

2.2.3 二值图像无损水印算法

2.3 小结

第3章 基于纠错码的二值图像脆弱水印认证及篡改定位算法

3.1 引言

3.2 基于纠错码的二值图像脆弱水印认证及篡改定位算法

3.2.1 里德索罗门码（Reed-Solomon Codes）

3.2.2 认证水印生成算法

3.2.3 谁水印嵌入算法

3.2.4 编码串合并策略

3.2.5 图像认证及篡改定位机制

3.3 实验结果及分析

3.3.1 嵌入容量测试

3.3.2 隐密图像质量测试

3.3.3 篡改定位效果测试

3.3.4 算法安全性分析

3.4 小结

第4章 基于高容量脆弱水印的二值图像无损认证算法

4.1 引言

4.2 水印嵌入算法

4.2.1 改进的图像边缘提取算法

4.2.2 可替换模式块的选择算法

4.2.3 图像块的划分策略

4.2.4 水印的嵌入算法及嵌入容量

4.2.5 无损恢复辅助信息的构造算法

4.3 二值图像无损认证机制

4.3.1 认证水印的构造

4.3.2 图像认证的过程

4.4 实验结果及分析

4.4.1 水印嵌入容量测试

4.4.2 视觉质量测试

4.5 小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文

附录B 攻读学位期间所参与的研究项目

致谢