数字图像水印理论与若干关键技术研究

摘要

伴随着互联网与多媒体技术的迅猛发展，人们可更加便捷地获取所需要的多媒体资源，但这些资源受到的非法拷贝、伪造及传播也变得越来越容易，这无疑使版权所有者的合法权益受到了严重威胁。数字图像水印技术作为一种主动认证技术，已成为图像产品知识产权保护的重要手段。但是，几何攻击抵抗问题、鲁棒性与不可感知性的良好平衡问题等，依然是数字图像水印研究领域共同面临的难题。为有效解决这些难题，本文提出了三种数字图像水印算法，其具体内容如下所示：
　　1、提出了圆谐傅里叶矩（RHFMs）的快速计算方法，并据此给出了一种基于RHFMs几何校正的水印算法。首先，通过量化方法将水印嵌入到宿主图像的非下采样剪切波变换（NSST）低频子带中；然后，通过快速RHFMs和模糊支持向量机（FSVM）训练出几何校正模型；最后，通过训练的模型对含水印图像进行几何校正，并进一步从其NSST低频系数中提取出水印信息。该方案利用快速RHFMs提高了图像特征的刻画能力，通过基于快速RHFMs的FSVM校正模型使水印算法具有了较强的抗几何攻击能力。实验结果证明了所提出算法的良好不可感知性，以及对几何攻击和常规攻击的较强鲁棒性。
　　2、结合颜色不变量模型及颜色通道间相关性，提出了一种基于局部四元数极谐变换（QPHT）的彩色图像水印算法。首先，结合彩色图像的颜色不变量模型和抗错性尺度不变特征（SIFER）检测器提取出稳定的特征点；然后，根据图像局部内容，自适应地构造出具有仿射不变性的局部椭圆区域；最后，利用量化调制方法将水印嵌入到每个局部区域的 QPHTs幅值上。该方案充分利用了重要的颜色信息，通过颜色不变量理论而构造的 SIFER检测器显著提升了特征点稳定性，同时利用 QPHT系数幅值嵌入和提取水印时，充分考虑了颜色通道间的相关性。实验表明，提出的算法不仅具有较好的不可感知性，而且对常规攻击和几何攻击（特别是局部几何攻击）均具有极强的抵抗能力。
　　3、结合柯西统计建模理论，提出了一种可保持鲁棒性和不可感知性良好平衡的NSST域图像水印算法。首先，通过乘性方法将水印信息嵌入到NSST重要系数中；然后，利用二维离散傅里叶变换（DFT）的频谱幅值对含水印图像进行几何校正。接着，利用柯西分布对NSST域系数进行建模，并通过子带内系数相关性及样本分位数（RSS）方法优化了模型；最后，通过柯西模型和局部最大势能（LMP）检验理论构造出局部最优检测器并进行水印提取。该方案充分利用NSST子带系数间相关性，并结合RSS方法优化了柯西分布模型。同时，所提出的局部最优检测器可显著提高数字水印检测精度。对比实验表明，所提出的图像水印算法可以较好获得不可感知性与鲁棒性的良好平衡。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 数字图像水印技术概述

1.3 研究现状分析

1.4 论文结构安排

2 基于快速圆谐傅里叶矩几何校正的图像水印算法

2.1 快速圆谐傅里叶矩的推导

2.2 非下采样剪切波变换的实现

2.3 水印嵌入与提取

2.4 实验与分析

2.5 本章小结

3 基于局部四元数极谐变换的彩色图像水印算法

3.1 基于颜色不变量的SIFER特征点检测

3.2 四元数极谐变换

3.3 水印嵌入

3.4 水印提取

3.5 实验与分析

3.6 本章小结

4 基于NSST域柯西分布建模的数字图像水印算法

4.1 基于柯西分布的NSST域系数建模

4.2 水印嵌入

4.3 水印提取

4.4 实验与分析

4.5 本章小结

5 归纳与总结

5.1 本文工作总结与创新

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及参加科研项目情况

致谢