基于可逆水印的医疗图像认证技术研究

摘要

如今的时代，诸多技术因为信息化，而产生了革新，传统的技术也受到了冲击与挑战。数字形式的医疗图像就成为了当下医疗影像技术的主流，计算机技术已经无处不在，自然也免不了被引入到医学领域。它的引入，无疑为医学诊断提供了一个相当方便的技术。例如，利用网络共享患者的电子病历、电子诊断图像，或者远程医疗，都是很方便的方式;患者的病例档案可以存储在数据库中，既缓解了纸质存储的压力，也为审计和检查带来了便利。然而，任何技术在带来方便的同时，都会存在些许的弊端。例如，医疗图像会被技术性地恶意篡改和替换，病例被恶意地删除或者恶意地修改，这些都会给如今的医患关系带来很多不信任因素。正是因为这样的原因，医疗图像的真实性和可靠性受到很严峻的考验。为了保护这类图像的真实性和可靠性，会对载体图像造成永久失真的传统数字水印就不能被应用。然而，可逆水印技术不仅可以弥补一般数字水印带来的载体图像永久失真的问题，还可以弥补加密系统开销大的问题，甚至可以应用到图像内容认证方面。本文针对医疗图像的内容认证技术进行了深入研究与应用，并提出一种用于内容认证的可逆水印算法和一个基于可逆水印的认证方案。
　　首先，提出一种基于小波变换的可逆水印算法。提出将小波系数取整化，用做载体信号，承载水印信息，实现水印的嵌入。提出用知识产权库IPR存储图像生成的恢复密钥，用于提取水印后的载体图像的无损恢复。提出在提取水印时对小波系数进行调整化的取整操作，可以满足水印的无损提取。
　　其次，提出一种基于小波变换的图像内容认证可逆水印算法。该算法提取载体图像2×2分块里的特征，来生成“认证检测水印”和“特征恢复水印”。特征恢复水印可以保留分块的类别信息以及一些像素的细节信息。认证检测水印保留分块里用于认证的特征信息。为了避免篡改对整张图像小波域的影响，对每一个分块都进行小波变化，作为承载水印信息的载体信号。安全方面，采用不同的密钥对两个水印进行一位混沌映射加密，提高了水印的安全性;采用密钥串将分块位置进行伪随机置乱，增加了水印嵌入的随机性。篡改检测时，利用这两个水印，采用不同层次的检测和筛检，提高了检测和定位的准确性。恢复篡改区域时，使用这两个水印的信息来重新构造图像块的类别以及特征信息。
　　最后，提出了一种可逆水印和鲁棒水印相结合的医疗图像认证方案。该方案利用医疗图像黑色背景多的特点，对其进行分区域操作，不同的区域可以实现不同的功能。将重要的信息做成水印信息，使用变换域的鲁棒水印技术，将该水印嵌入到不重要区域。采用提出的内容认证可逆水印，保护医疗图像重要区域的内容安全，还可以保证去除水印之后，重要区域的图像无损恢复。
　　实验结果表明，对于一般篡改、恒定均值化篡改以及粘贴篡改，本文提出的图像认证可逆水印算法都能精确的检测和定位，并能高质量的恢复出近似的原有图像信息。在无篡改攻击的情况下，本文提出的算法可以实现可逆性，也具有一定的安全性。另外，所提出的医疗图像认证方案，还可以与安全数据库等资源互联，从而起到抵抗噪声攻击和检测、定位和恢复篡改攻击的区域，拥有很好的操作性、扩展性以及兼容性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 数字水印研究现状

1．2．2 可逆数字水印研究现状

1．3 研究内容与主要工作

1．4 本文结构

2．1 引言

2．2 数字水印技术

2．2．1 基本概念与理论框架

2．2．2 数字水印的分类

2．3 可逆数字水印技术

2．3．1 可逆水印技术的概念

2．3．2 可逆水印的基本框架

2．3．3 可逆水印的性能指标

2．4 水印相关技术

2．4．2 Arnold置乱

2．4．3 离散小波变换技术

2．4．4 离散余弦变换技术

2．5 图像内容认证技术

2．5．1 图像内容认证技术的基本概念

2．5．2 图像内容认证技术的框架

2．5．3 图像内容认证技术的特征

2．6 本章小结

第3章 基于变换域的图像内容认证可逆水印算法

3．1 引言

3．2 载体信号与水印信息预处理

3．2．1 载体信号的预处理

3．2．2 水印的生成与预处理

3．3 用于篡改定位恢复的可逆水印算法

3．3．1 可逆水印嵌入算法

3．3．2 可逆水印提取算法

3．3．3 图像内容的认证检测

3．3．4 篡改区域的恢复

3．4 实验结果与分析

3．4．1 实验环境

3．4．2 不可见性及可逆性验证

3．4．3 篡改检测和定位以及图像恢复

3．4．4 抗攻击能力验证

3．5 本章小结

第4章 一种基于可逆水印的医疗图像认证方案

4．1 引言

4．2 医疗图像认证方案

4．2．1 医疗图像的预处理

4．2．2 医疗图像认证方案设计

4．2．3 医疗图像水印的嵌入

4．2．4 医疗图像水印的提取

4．3 实验结果与分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢