感知哈希及其在图像认证领域的应用研究

摘要

如何对图像内容进行识别并确保它的真实性和完整性是信息安全领域的研究热点。图像感知哈希通过合理方法对图像数据进行降维处理，用能够表示图像本质内容的感知摘要来表征原始图像。感知摘要具有数据量小、对感知内容鲁棒等特点，广泛应用于图像识别和认证领域。本文首先讨论了当前感知哈希存在的几处不足，并针对性的提出了一种新的感知哈希解决方案，然后就如何将本文感知哈希应用于图像认证领域做了一些研究探索工作。创新成果概括如下：
　　（1）针对当前几种主流感知哈希算法存在的若干不足，如对旋转鲁棒性不强、光滑区域提取不到足够特征信息、对颜色篡改区分能力不佳等问题，提出了一种基于WLD特征和Zernike矩的感知哈希算法。算法首先引入Zernike矩对角度归一化，然后在图像分块的基础上提取WLD特征，并依次对其进行量化、编码和加密操作从而生成鲁棒的感知摘要，最后通过汉明距离来模拟图像匹配问题。实验证明，本文感知哈希算法具有良好的区分性和鲁棒性，尤其对伽马校正和几何旋转的鲁棒性比对比算法明显更具优势；另外，算法还能够有效弥补与改善当前感知哈希存在的一些性能缺陷和不足。
　　（2）在上述工作基础上，提出了一种基于WLD感知哈希的图像来源认证算法。算法首先生成鲁棒、安全的水印信息，然后基于扇形分块将水印嵌入各子块的DCT中频区域，最后按照盲水印认证流程得出认证结果。实验表明，该方案对水印的不可见性较好，在鲁棒测试中对各项操作表现出一定的顽健性，其中对伽马校正和剪切的鲁棒性最佳，进一步验证了WLD感知哈希具有良好鲁棒性的同时也得出其适用于认证图像来源问题的结论。此外，该算法消除了认证过程中对载体图像的依赖，更符合来源认证的需求。
　　（3）针对目前基于特征点的取证算法在光滑区域提取不到足够特征信息这一不足，提出了一种用于检测复制-粘贴图像篡改的WLD内容认证算法。算法用WLD特征的方向角分量刻画重叠划分的子块纹理特征，通过字典排序减少匹配搜索空间，最后用主转移向量思想和数学形态学方法标识篡改定位结果。实验结果表明，算法能够检测出一处和多处区域复制-粘贴篡改，并且对高斯模糊和伽马校正操作具有良好的鲁棒性，在光滑图像区域比对比算法表现出更稳定的检测性能，适用于模糊程度较高、图像较光滑的应用场合。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 感知哈希的相关概念

1.3 图像认证技术

1.4 本文主要研究内容与结构

第2章 基于WLD特征与Zernike矩的感知哈希算法

2.1 引言

2.2 图像WLD特征和Zernike矩

2.3 算法设计与实现

2.4 实验结果及分析

2.5 本章小结

第3章 基于WLD特征的图像来源认证算法

3.1 引言

3.2 DCT变换

3.3 算法设计与实现

3.4 实验结果及分析

3.5 本章小结

第4章 基于WLD特征的图像内容认证算法

4.1 引言

4.2 复制-粘贴篡改检测技术

4.3 算法设计与实现

4.4 实验结果及分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 相关工作展望

致谢

参考文献

附录