可实现图像内容认证与自恢复的脆弱水印算法研究

摘要

移动终端的普及与互联网技术的发展使得数字图像的获取和传输变得轻而易举，而越来越丰富的图像处理手段和成熟的图像编辑软件的应用也使得对图像内容的修改和润饰变得不再触不可及。大量恶搞伪造的图像借助互联网的便捷性在各种社交平台上大肆传播和散布，在不断冲击着人们“以图为证”的传统认知的同时，也影响着人们对社会和媒体公信度的判断。因此，研究针对图像内容的篡改认证技术刻不容缓。
　　为解决上述问题，本文从基于数字水印的主动认证技术入手，研究可实现图像内容认证与自恢复的脆弱水印算法，在实现对篡改位置检测的基础上达到对受损区域图像恢复的效果。本文主要研究工作如下:
　　(1)为解决基于映射块嵌入策略的脆弱水印方案中存在的篡改凑巧问题，提升大面积篡改下图像篡改定位的准确度和图像恢复质量，本文设计了一种具有多层篡改定位与恢复机制的脆弱水印算法。借鉴恢复水印重复嵌入的思想，该方法将图像块的均值信息作为第一恢复水印嵌入其第一映射图像块，而将图像块与第一映射图像块恢复水印的差值信息作为备份恢复水印嵌入其第二映射图像块。在检测端，该算法采用三层篡改定位机制对待测图像的内容实施认证，极大地提高了算法对篡改位置检测与定位的准确度。对篡改图像块实施恢复时，根据嵌入法则优先选取隐藏在第一映射图像块中的第一恢复水印进行图像块重建;若待恢复图像块与其第一映射图像块均遭受攻击，则通过提取隐藏在第二映射图像块中的备份恢复水印，借助迭代恢复的思想重建出图像块。仿真实验表明，该方法能够为篡改图像块提供多次重建的机会，有效减少了因篡改凑巧问题引起的图像块恢复失败现象。
　　(2)为使可实现图像内容自恢复的脆弱水印方案能够灵活地为具有不同纹理特征的图像或图像块分配不同数量的恢复信息，本文在探讨奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)特性的基础上，提出了一种水印容量可变的自恢复脆弱水印算法。该算法通过分析图像块SVD变换后左右奇异向量的乘积与图像块纹理特征的关系，首先设计了一种新的图像块分类方案，根据图像块的粗糙程度将图像块分为两类:平滑块和纹理块。对分类后不同的图像块，该算法选取不同的恢复数据生成策略，为图像块分配了长度可变的恢复水印信息，即水印容量对于不同图像来说是变化的。仿真实验表明，用所设计的脆弱水印方案恢复出的图像在图像块重建时充分考虑了其内在的原始纹理特征，取得了更加接近原始含水印图像的恢复效果。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要内容和组织结构

第2章 本文脆弱水印算法基本模型与评价准则

2．1 算法基本模型

2．2 评价准则

2．2．1 水印的嵌入容量

2．2．2 水印的隐蔽性

2．2．3 篡改定位效果

2．2．4 图像恢复效果

2．2．5 水印的安全性

2．3 本章小结

第3章 具有多层篡改定位与恢复机制的脆弱水印算法

3．1 篡改凑巧问题的发生

3．2 具有多层篡改定位与恢复机制的脆弱水印算法

3．2．1 水印的生成与嵌入

3．2．2 多层篡改定位机制

3．2．3 多层图像恢复机制

3．3 实验结果及分析

3．3．1 水印隐蔽性分析

3．3．2 篡改定位与图像恢复效果分析

3．4 本章小结

第4章 水印容量可变的自恢复脆弱水印算法

4．1 DCT与SVD变换

4．1．1 DCT变换

4．1．2 SVD变换

4．1．3 SVD变换特征分析

4．2 水印的生成与嵌入

4．2．1 认证水印生成

4．2．2 变长恢复水印生成

4．2．3 水印嵌入

4．3 图像内容认证与自恢复

4．3．1 三层篡改定位机制

4．3．2 图像内容自恢复

4．4 实验结果及分析

4．4．1 水印嵌入容量与隐蔽性分析

4．4．2 篡改定位与图像恢复效果分析

4．4．3 水印安全性分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表学术论文和参加科研情况