基于超混沌的医学图像篡改定位零水印算法

摘  要：针对医学图像面临恶意篡改、信息窃取和泄露等安全问题,提出了一种基于超混沌的医学图像篡改定位零水印算法。首先将原始载体图像的最低有效位LSB（Least Singificant Bit）置零,然后将其分成互不重叠的子块,计算每块的均值,利用块中每个像素值与块均值的大小关系构造特征矩阵,最后利用Arnold置乱后的特征矩阵与超混沌加密的二值水印进行异或运算来构造零水印;另外,如果图像遭到篡改,通过计算差值图像,则能精确定位篡改位置及篡改形状。实验结果表明,该方案不仅具有较好的安全性,而且达到良好的篡改检测和定位效果。     

空域彩色图像鲁棒零水印算法

针对传统变换域水印算法往往通过修改变换域系数来嵌入水印信号,影响图像不可感知性的问题,利用载体图像整体均值与分块均值之间大小关系的稳定性,提出一种新的空域彩色图像鲁棒零水印算法。算法直接在空域通过整体图像均值与分块均值之间的关系构造特征矩阵,之后将此特征矩阵与预处理后的水印信息进行异或运算构造零水印信息,预处理之后再注册到知识产权数据库里。提取水印信息时,通过投票策略得到最终提取的水印信息。大量的仿真实验结果表明,该算法对常规的信号处理攻击、行列平移、尺寸缩放和旋转等几何攻击具有较强的鲁棒性。与相似的鲁棒水印算法相比,对于大多数的攻击,该算法具有更优越的性能。     

RGB空间彩色零水印算法

针对现有零水印算法使用的版权标识大都为结构信息单一的二值图像,且对于几何攻击鲁棒性差等问题,提出一种RGB空间彩色零水印算法。首先将彩色载体图像和彩色水印转换成R、G、B颜色分量,其次对载体图像三个空间分量分别进行Arnold置乱和分块处理;然后计算每个颜色通道各个子块的均值,构成十进制均值矩阵,将均值矩阵转换成8位二进制矩阵,分别生成三个颜色通道的二进制特征矩阵;最后将置乱后的彩色水印分量转换成8位二进制水印信息,分别与载体图像的三个二进制特征矩阵异或生成三个零水印,将三个零水印通过逆编码技术生成彩色零水印。实验结果表明,算法能够有效地抵抗非几何攻击、几何攻击和组合攻击,与相似的零水印算法相比,鲁棒性更好,安全性更高。     

结合边缘增强的零水印

鲁棒性和不可见性是水印的两个重要特性。为实现该目的,利用奇异值的稳定性和图像梯度提出了一种新的零水印算法。该算法先对图像做分块奇异值分解,提取每块的最大奇异值构成原图像的缩略图;然后计算缩略图的梯度模值并二值化,得到边缘增强的二值图像,即图像的特征信息。最后将处理过的水印信息与图像特征信息做异或运算,其结果将作为提取水印的密钥。实验证明,本算法对滤波、锐化、直方图均衡、压缩、剪切等图像处理操作具有很强的鲁棒性。     

Arnold置乱在零水印中的二次复用

为了提高水印的鲁棒性和减小对应版权信息的大小,本文提出了一种基于Arnold变换、DWT和SVD的零水印算法。该算法将载体图像进行DWT变换,对低频子带进行分块SVD;比较置乱后的最大奇异值的大小,若大于则对应位为1,否则为0;将结果与预处理过的水印做异或运算,得密钥矩阵。该矩阵为检测水印提供密钥。实验证明,本算法对图像压缩、滤波、模糊、噪声及脏图具有良好的鲁棒性。     

基于SURF特征的多功能彩色图像水印算法（CIDE2013推荐）

针对目前大多数水印算法功能较单一,提出了一种可以同时进行版权保护和内容认证的多功能彩色图像双水印算法。首先,将原始图像由RGB空间转换到YUV空间,提取亮度分量的SURF特征点,根据特征点的主方向构造描述向量并将其拆分为两个子向量,分别计算它们与一个参考向量之间的余弦夹角,通过比较夹角的大小关系来构造鲁棒零水印序列;然后对原始图像进行 分块,对子图像块奇异值范数进行异或运算来产生脆弱水印信息,并将其嵌入至图像空域的最低有效位。版权归属鉴定时通过计算原始鲁棒零水印序列和从待检测图像中提取的水印序列之间的BCR相关系数作为鉴定的依据,内容认证时通过比较图像最低有效位和脆弱水印信息是否一致来实现篡改的检测和定位。实验结果表明,本文提出的算法具有良好的透明性和较高的计算效率,同时具备版权保护和内容认证的双重功能。     

基于二代Bandelet变换与稳定特征检测的鲁棒图像水印算法

当前基于特征点的图像水印技术主要是将水印信息隐藏到采用固定值构建的特征不变区域中,其抵御几何变换能力不佳。对此,设计二代Bandelet变换耦合稳定特征检测的图像水印算法。引入尺度不变特征变换方法,提取载体图像中潜在的特征点;根据特征点的Hessian矩阵对应的特征值,构建不稳定特征点消除规则;根据特征点的尺度因子,计算圆形半径,建立局部特征不变区域;定义鲁棒特征区域选择机制,找出合适的水印嵌入位置;引入二代Bandelet变换,处理鲁棒特征区域,获取并选择出重要的Bandelet系数;设计水印嵌入方法,将经过仿射映射加密后的二值水印隐藏到重要的Bandelet系数,获取水印图像;检测水印图像的稳定特征点,联合二代Bandelet变换,从水印图像中复原二值水印。测试结果显示:与已有的鲁棒水印方案相比,该方案具有更高的不可感知性与鲁棒性,其输出的水印图像对应的差分图更为理想,在多种几何攻击下的复原水印失真度最小。     

基于Fibonacci置乱的小波域数字图像盲水印算法

针对数字图像的版权保护问题,提出一种基于Fibonacci置乱的小波域数字图像盲水印方案。将原图像中的感兴趣区域(ROI)作为水印来源,以此提高水印的隐蔽性。在水印嵌入过程中,将原图像进行分块,对每个块进行Fibonacci置乱和离散小波变换(DWT),选择出低频子带,用于水印嵌入。同时,对水印也执行DWT,选择出低频子带,通过Fibonacci置乱得到置乱矩阵,将水印的置乱矩阵嵌入到主图像的块中。在水印提取过程中,根据嵌入过程中设定的秘钥,通过逆Fibonacci置乱和逆DWT过程提取水印。在多种图像攻击下的仿真结果表明,该水印方案具有较高的安全性、鲁棒性和隐蔽性。     

基于低频奇异值均值的强鲁棒零水印算法

为增强水印算法的鲁棒性并兼顾其虚警率和透明性,提出一种基于低频奇异值均值的零水印算法。利用离散小波变换获得载体图像的稳定低频区域,采用离散剪切波变换提取其中较优尺度的低频分量,从而构造稳定特征区域。对该区域做分块离散余弦变换并计算奇异值矩阵,通过比较分块与整体的奇异值均值大小构建特征矩阵,并将其与水印图像进行异或运算构造零水印。构造水印时采用Arnold加密提高水印图像安全性,提取水印前则利用Radon变换校正载体图像加强算法鲁棒性。对不同纹理图像进行压缩、噪声、滤波和几何攻击,实验结果表明,在保证低虚警率和良好透明性的基础上,该算法具有较强的鲁棒性,所得到的归一化互相关函数值均高于0.98,部分可达到1.00。     

结合SURF特征的多功能彩色图像水印算法

针对目前大多数水印算法功能较单一,提出了一种可以同时进行版权保护和内容认证的多功能彩色图像双水印算法。首先,将原始图像由RGB空间转换到YUV空间,提取亮度分量的SURF（speeded up robust feature）特征点,根据特征点的主方向构造描述向量并将其拆分为两个子向量,分别计算它们与一个参考向量之间的余弦夹角,通过比较夹角的大小关系来构造鲁棒零水印序列;然后对原始图像进行2×2分块,对子图像块奇异值范数进行异或运算来产生脆弱水印信息,并将其嵌入至图像空域的最低有效位。版权归属鉴定时通过计算原始鲁棒零水印序列和从待检测图像中提取的水印序列之间的BCR（bit correct rates）相关系数作为鉴定的依据,内容认证时通过比较图像最低有效位和脆弱水印信息是否一致来实现篡改的检测和定位。实验结果表明,本文算法具有良好的透明性和较高的计算效率,同时具备版权保护和内容认证的双重功能。     

基于图像特征的小波域自适应水印算法

提出了一种基于图像特征的小波域自适应水印算法。该算法选用有意义二值图像为水印,把宿主图像分成互不重叠的图像块,用分数盒维数分析各块的特征,提取特征块和次特征块,对它们分别进行一级小波分解,先将水印以不同强度自适应地嵌入到特征块的小波域低频子图中,在保证隐蔽性的前提下,再次将水印以不同强度自适应地嵌入到次特征块的小波域低频子图中,该算法较好地实现了水印的隐蔽性和稳健性。为增强水印的安全性和稳健性,在嵌入前利用Arnold迭代变换将水印置乱。实验结果表明,该算法对JPEG压缩、加噪、剪切、滤波等具有较强的稳健性。     

A robust color image watermarking using local invariant significant bitplane histogram

Desynchronization attacks that cause displacement between embedding and detection are usually difficult for watermark to survive. It is a challenging work to design a robust image watermarking scheme against desynchronization attacks, especially for color images. In this paper, we propose a robust color image watermarking approach based on local invariant significant bitplane histogram. The novelty of the proposed approach includes: 1) A fast and effective color image feature points detector is constructed, in which probability density and color invariance model are used; 2) The fully affine invariant local feature regions are built based on probability density Hessian matrix; and 3) The invariant significant bitplane histograms are introduced to embed digital watermark. The extensive experimental works are carried out on a color image set collected from Internet, and the preliminary results show that the proposed watermarking approach can survive numerous kinds of distortions, including common image processing operations and desynchronization attacks.     

一种基于非负矩阵分解的鲁棒零水印算法

为了解决现有数字水印中鲁棒性和不可感知性之间的矛盾,设计了一种基于非负矩阵分解和离散小波变换的图像零水印算法。原始图像进行不重叠分块,分别对每子块图像进行3级小波分解得到低频近似分量;对细节分量作非负矩阵分解得到可近似表示子块图像的基矩阵和系数矩阵;将系数矩阵量化得到特征向量,通过特征向量和水印的运算得到原始图像的版权信息。实验结果表明该方案对常见信号处理具有很强的鲁棒性,同时密钥的使用保障了算法的安全性。     

图像块的自适应均衡水印算法

目的 针对水印算法通常利用实验确定强度参数,实验工作量大并且具有随机性,得到的参数无法较好地均衡水印不可见性和鲁棒性,提出一种基于图像块的自适应均衡水印算法。方法 利用尺度不变特征变换（SIFT）提取原始图像中鲁棒性强的特征点作为水印嵌入区域,将提取的嵌入区域分成4个大小相等且互不重叠的图像块,并对各图像块进行奇异值分解（SVD）,得到与各块相应的奇异值矩阵,各块与水印做一级离散小波变换后产生的各子带相叠加,生成嵌入加密水印块,重组得到水印矩阵,降维后将特征点还原到原始图像。根据果蝇优化算法（FOA）中适应度函数迭代确定加密水印强度参数,构造水印图像的自适应嵌入,来均衡水印的不可见性和鲁棒性,水印检测可直接作用在受攻击后的图像上,无需校正恢复。结果 对标准灰度图像进行多组实验,得到含水印图像峰值信噪比均达到43dB以上;对水印载体图像分别进行噪声、压缩、剪切、旋转仿真攻击实验,提取水印图像与原始水印图像的归一化相关系数都达到0.94以上。结论 SIFT算法实现图像块局部嵌入,提取特征点稳定性强,结合SVD算法使水印嵌入性能良好,利用FOA算法自适应确定最优参数,使水印图像嵌入效果达到最佳状态,最终均衡了水印的不可见性和鲁棒性。     

A robust watermarking scheme exploiting balanced neural tree for rightful ownership protection

This paper presents a novel semi-blind watermarking scheme in which a balanced neural tree (BNT) is exploited for embedding and extracting the watermark. The BNT is trained to learn the watermark and the synapses (optimal weights) of the trained BNT are embedded in the host image instead of watermark image. As a result, the proposed scheme is able to embed a large size of watermark in the host image. In the watermark extraction phase, the embedded synapses are extracted from the transmitted image and then watermark is recovered from these extracted synapses. In this way, the original image is not required in the extraction phase. The proposed scheme is tested to withstand various kinds of attacks and found to be robust against various image processing and geometrical attacks.     

一种新的空域抗几何攻击图像水印算法

提出了一种基于特征与量化的空域抗几何攻击图像水印算法---FAQ算法. 采取的主要方法有: 1)利用图像中的局部最稳定特征点生成具有几何不变性的圆形特征区域, 用于水印的同步; 2)将特征区域分解为具有旋转不变性的扇形区域, 并在空域利用奇偶量化嵌入水印; 3)设计了一种奇偶检测器盲提取水印. 实验结果表明FAQ算法能获得很高的图像质量, 且能有效地抵抗常规信号处理攻击、旋转/缩放/平移(Rotation/scaling/translation, RST)攻击及其组合攻击.     

基于BTC与秘密共享的图像水印算法

结合块截短编码与秘密共享,提出一种新的鲁棒图像水印算法。该算法利用BTC编码由原图像构建特征共享,利用水印图像与特征共享一起生成私有共享。由待验证图像构建的特征共享与私有共享一起恢复水印图像。私有共享的生成与特征共享有关,可实现对同一图像的多水印注册。特征共享的稳健性确保了算法的水印鲁棒性,水印嵌入没有引起图像质量的改变。实验结果表明该算法对一般信号处理攻击有较高的鲁棒性。     

应用整数提升小波的图像变容量恢复水印方案

传统的可恢复水印算法往往是通过增加嵌入水印容量来提高篡改图像恢复质量,这将导致嵌入水印后图像质量的下降。针对这一问题,提出使用整数提升小波构建变容量恢复水印算法。该算法根据2×2图像块的纹理特征,使用小波系数生成长度可变的恢复水印,加密后嵌入其他映射图像块低位。使用恢复水印,结合相邻块特征进行篡改图像的检测与恢复。实验结果表明新算法能很好地满足水印不可见性要求,能有效抵抗剪切、拼贴及涂鸦等攻击,能更好地实现篡改图像的恢复。     

基于SIFT的椭圆区域鲁棒数字水印方案

如何有效抵抗去同步攻击是数字图像水印研究领域的热点问题之一。利用图像仿射协变特征,提出一种可有效抵抗去同步攻击的鲁棒水印算法。对目前流行的利用多尺度Harris和SIFT描述算子来匹配图像的方法,后者有较好的匹配效果,对恢复同步水印更加稳定,并且能较好抵抗去同步攻击。该算法利用性能稳定的SIFT算子提取图像特征点,并通过基于最小生成树聚类算法的选择策略获得一组稳定且彼此独立的椭圆仿射协变特征区域,基于特征区域,利用椭圆归一化得到具有缩放和旋转不变性的圆形区域。将圆形区域进行非下采样轮廓变换（NSCT）,其中非下采样轮廓变换不仅克服了小波（Wavelet）变换的非奇异性最优基缺点,而且提供了优于轮廓（Contourlet）变换的平移不变性。将水印嵌入变换后的低频子带中。该算法实现盲提取,仿真实验结果表明,提出的算法是有效的且对常规图像处理、几何攻击以及组合攻击均具有较好的鲁棒性。     

一种新的自适应半脆弱水印算法

提出了一种基于图像内容的自适应半脆弱数字水印算法．该算法首先结合梯度分割阈值选取策略, 自适应抽取图像内容特征并作为水印信息；然后利用载体图像邻域特性自适应确定量化步长,并通过量化调制小波系数嵌入数字水印；最后通过比对提取出的水印信息与重新抽取出的图像内容特征,实现对待检测图像的完整性检验和篡改定位．仿真实验证明, 该自适应半脆弱图像水印算法不仅具有较好的篡改检测与定位能力,而且具有较强的抗攻击能力.