基于无损数字水印的医学图像安全技术研究

摘要

网络技术的高速发展与医疗数字影像传输及通信(DICOM)标准的建立，在促进数字医疗影像信息的交流的同时，也带来了医学数据在传输中可能出现的丢失或被篡改等信息安全问题。因此，对医学数据的真实性及完整性进行认证是十分重要的。数字水印技术作为一种可将隐私信息直接嵌入载体信息中的新兴信息安全技术，被广泛应用于数字信息保护和认证等领域。为能够对医学图像的完整性进行认证，且不引入任何失真，设计出一种能无损恢复原始图像，并能对图像进行完整性认证的无损水印算法具有重要的意义。
　　本文主要成果性工作包括:
　　(1)提出一种将压扩技术、差值扩展技术与纠错码技术结合的水印算法。该算法利用了图像中相邻图像间的灰度值相关性，通过对相邻像素的差值扩展来嵌入信息。并使用压扩技术实现对图像失真的控制，及提高差值扩展过程中得到的二值位置图压缩率，从而达到增大水印嵌入容量的目的。同时使用纠错码的纠错特性提高图像整体的自修复能力。
　　(2)在基于区域的医学图像无损水印算法上进行改进，增添篡改恢复功能。该算法先确定感兴趣区域，并将其作为认证区域，获取认证信息作为水印信息的一份子;在感兴趣区域外（非感兴趣区域）自动选取嵌入区域;通过对相邻像素进行差值扩展，实现非感兴趣区域内水印的嵌入;提取水印后，通过认证信息的比较实现篡改定位检测，通过纠错码技术实现篡改恢复的功能。最终，嵌入水印后图像失真水平可通过输入阈值进行调节。与前一种算法相比无需嵌入压缩后的标识二值图像，水印容量不再受二值图像压缩率影响，并在一定程度上能实现水印容量的提高，且该方法能将嵌入水印引起的失真限制在感兴趣区域外，嵌入水印后的图像也能直接用于医学诊断或其他医学应用，方便了嵌入水印后医学图像的实际使用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 医学图像信息安全

1．2 数字水印技术

1．2．1 数字水印的基本理论框架

1．2．2 数字水印的分类

1．2．3 数字水印的应用领域

1．2．4 数字水印的评估

1．3 本文研究内容

第2章 无损图像认证

2．1 可逆数字水印技术概述

2．1．1 可逆数字水印概念

2．1．2 可逆数字水印算法现状

2．2 图像认证水印系统

2．2．1 基于数字水印的图像认证系统

2．2．2 脆弱数字水印的基本特征和攻击问题

2．2．3 脆弱数字水印的算法分类

2．2．4 精确认证

2．2．5 定位

2．2．6 重构

2．3 本章小结

第3章 基于差扩展、压扩技术及纠错技术的无损水印算法

3．1 引言

3．2 差值扩展变换

3．3 压扩技术

3．4 BCH纠错码

3．5 水印嵌入及提取

3．5．1 水印生成与嵌入

3．5．2 水印提取与原始图像的恢复

3．5．3 篡改检测、定位及自修复

3．6 实验结果分析与讨论

3．6．1 压扩技术对嵌入容量及图像失真的影响

3．6．2 BCH纠错码实现篡改定位及修复

3．7 本章小结

第4章 基于区域的无损水印算法

4．1 引言

4．2 差值扩展变换

4．3 嵌入区域选择

4．4 认证区域

4．5 水印嵌入及提取

4．5．1 水印生成与嵌入

4．5．2 水印提取与原始图像的恢复

4．5．3 篡改检测、定位及自修复

4．6 实验结果分析与讨论

4．7 本章小结

第4章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢