基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，通过哈希函数分别将需要查询的图像和待检测是否含有查询图像的拷贝版本的图像库映射为查询图像哈希序列和哈希序列索引库，通过度量查询图像的哈希序列与图像库的哈希序列的相似程度来判断图像库中的某个图像是否为查询图像的拷贝图像。该方法具有较高的查全率和查准率，可以用于图像版权管理，该方法利用了小波分解压缩信息量，结合空域和频域的局部特征来构成图像哈希，具有较高的拷贝检测识别率。

Image Copy Detection Method Based on Local Spatial Domain and Frequency Domain

The present invention relates to an image copy detection method based on local spatial and frequency domains. The image database that needs to be queried and whether it contains a copy version of the query image to be detected is mapped to a query image hash sequence and a hash sequence index library respectively by a hash function. The image database is judged by measuring the similarity between the hash sequence of the query image and the hash sequence of the image database. Whether an image in the query is a copy image of the query image. This method has high recall and precision, and can be used for image copyright management. It uses wavelet decomposition to compress information, and combines local features in spatial and frequency domains to form image hash. It has high copy detection and recognition rate.

【技术实现步骤摘要】
基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法
本专利技术涉及一种图像处理技术，特别涉及一种基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法。
技术介绍
近年来，数字媒体的版权保护问题一直受到人们的广泛关注。由于图像在数字媒体中占有重要地位，各种图像处理工具的普遍应用使数字图像的版权保护越来越困难，需要采取专门的技术措施来保护原作者的版权。图像摘要又称为图像Hash，将图像单向映射为简短序列。图像哈希通常应具备以下基本性质：1)鲁棒性，图像经过常规处理，其哈希不会有很大改变；2)唯一性，不同图像具有不同的哈希；3)安全性，密钥不同时生成的哈希完全不同。当前已经有许多应用于图像拷贝检测的哈希算法，根据特征提取方式大致可以分为在空域或变换域进行。基于空域的方法中，唐振军等人将图像分块后重构为二次图像，然后通过PCA降维压缩来构建哈希，算法对大部分的常规处理具有鲁棒性，但算法运算耗时长；马晓普等人提出了一种基于统计特征的图像拷贝检测技术，该方法首先对图像做高斯低通滤波，然后对滤波后的图像提取直方图，对比相邻直方图像素的数目来得到特征序列，。由于图像经过几何变换后图像的直方图没有发生大的改变，因此该方法对旋转，剪裁和平移等几何变换具有鲁棒性，但缺点是图像经过直方图量化后，直方图形状会有较大改变，拷贝检测结果不理想。在基于变换域的方法中，Ou等人利用Radon变换构成了一种图像哈希算法，首先图像经过Radon变换后计算DCT系数来构建哈希，该方法能够抵抗较大角度的旋转变换，但其分类性能有待提高；Tang等人设计了基于主要DCT系数的哈希方法。该方法首先对图像分块，然后对图像块做DCT变换，对每个图像块的DCT变换矩阵的第一行和第一列进行二范数距离计算来构建哈希，由于DCT变换后图像信息主要集中于低频部分，只提取第一行和第一列会丢失图像信息特征，导致图像分类性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术是针对图像拷贝检测识别率的问题，提出了一种基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，该方法对大部分常规的图像处理具有鲁棒性，由于对图像做了分块处理，因此对大角度旋转不具有鲁棒性，该方法具有很高的查全率和查准率，可以用于图像拷贝检测，该方法利用了小波分解压缩信息量，结合了空域和频域的局部特征，具有较高的的识别率。本专利技术的技术方案为：一种基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，通过哈希函数分别将需要查询的图像和待检测是否含有查询图像的拷贝版本的图像库映射为查询图像哈希序列和哈希序列索引库，通过度量查询图像的哈希序列与图像库的哈希序列的相似程度来判断图像库中的某个图像是否为查询图像的拷贝图像。所述方法具体步骤如下：1)图像特征提取：1.1)对查询图像和图像库中的图像做预处理，将其规格化为相同尺寸：N×N；1.2)对预处理后的图像进行二级小波分解，并对二级小波分解后的第二级小波分解的低频信息图像分成L×L的图像块；1.3)提取步骤1.2)分割后的图像块的空域和频域特征，将空域和频域特征连接起来，并通过密钥置乱得到所有图像的哈希序列；2)拷贝检测：通过将查询图像的哈希序列分别与待检测的图像库中的所有哈希序列进行汉明距离计算，当查询图像的哈希序列与待检测的图像库中的某个图像的哈希序列的汉明距离小于所确定的阈值时，判断图像库中的该图像为查询图像的拷贝图像。所述步骤1.3)具体过程如下：A、局部空域特征向量HS则是对所有图像块提取均值和方差，然后将每个图像块的统计特征连接起来得到特征向量k为图像块的总个数，分别为第i个图像块的均值和方差，按照公式(1)量化为二进制序列，二进制序列构成局部空域特征HS；其中，S(i)表示特征向量S中第i个值，mean(S)表示特征向量S的均值；B、局部频域特征向量HF则是对每个图像块进行DCT变换，并按照zigzag扫描提取前l个低频系数并对所提取的低频系数进行均值处理，然后将所有图像块的频域统计特征连接起来得到特征向量为第i个图像块的频域特征，按照公式(2)量化为二进制序列，二进制序列构成局部频域特征HF；其中，F(i)表示特征向量F中第i个值，mean(F)表示特征向量F的均值；C、将局部空域特征向量HS和局部频域特征向量HF连接起来得到中间哈希序列Hmid＝[HS，HF]，然后通过密钥Key控制伪随机数生成器生成随机序列G，将中间哈希序列按公式(3)重新排列得到最终的图像哈希H，H(i)＝Hmid(G[i])(3)其中，G[i]表示随机序列G中的第i个值。所述步骤2)中阈值确定方法，建立n幅不同图像的数据集，在数据集中随机抽取n/10幅图像作为查询图像，并对查询图像进行数种攻击类别处理得到大于n幅拷贝图像，将其加入到原n幅数据集中得到大于2n幅测试集，在测试集中查找图像的拷贝图像得到不同阈值时的查全率和查准率，从中选出同时具有较高的查全率和查准率对应的阈值作为所确定的阈值。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，具有较好的查全率和查准率，能够检测拷贝图像。附图说明图1为本专利技术基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法的整体示意图；图2为本专利技术图像哈希的生成框图；图3为本专利技术常规图像处理对Hash的影响示意图；图4为本专利技术唯一性分析结果图；图5为本专利技术与其他方法在查全率和查准率方面比较的曲线。具体实施方式如图1为本专利技术基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法的整体示意图，基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法：通过哈希函数分别将需要查询的图像和待检测是否含有查询图像的拷贝版本的图像库映射为查询图像哈希序列和哈希序列索引库，通过度量查询图像的哈希序列与图像库的哈希序列的相似程度来判断图像库中的某个图像是否为查询图像的拷贝图像。1、图像特征提取：如图2所示为图像哈希的生成框图，包括如下步骤：(1)对查询图像和图像库中的图像做预处理，将其规格化为相同尺寸：N×N；(2)对预处理后的图像进行二级小波分解，并对二级小波分解后的第二级小波分解的低频信息图像分成L×L的图像块；(3)提取步骤(2)分割后的图像块的空域和频域特征，将空域和频域特征连接起来，并通过密钥置乱得到所有图像的哈希序列。所述的步骤(3)具体过程如下：A.局部空域特征向量HS则是对所有图像块提取均值和方差，然后将每个图像块的统计特征连接起来得到特征向量k为图像块的总个数，分别为第i个图像块的均值和方差，按照公式(1)量化为二进制序列，二进制序列构成局部空域特征HS；其中，S(i)表示特征向量S中第i个值，mean(S)表示特征向量S的均值。B.局部频域特征向量HF则是对每个图像块进行DCT变换，并按照zigzag扫描提取前l个低频系数并对所提取的低频系数进行均值处理，然后将所有图像块的频域统计特征连接起来得到特征向量(为第i个图像块的频域特征)按照公式(2)量化为二进制序列，二进制序列构成局部频域特征HF；其中，F(i)表示特征向量F中第i个值，mean(F)表示特征向量F的均值。C.将局部空域特征向量HS和局部频域特征向量HF连接起来得到中间哈希序列Hmid＝[HS，HF]，然后通过密钥Key控制伪随机数生成器生成随机序列G，将中间哈希序列按公式(3)重新排列得到最终的图像哈希H。H(i)＝Hmid(G[i])(3)其中，G[i]表示随机序列G中的第i个值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，其特征在于，通过哈希函数分别将需要查询的图像和待检测是否含有查询图像的拷贝版本的图像库映射为查询图像哈希序列和哈希序列索引库，通过度量查询图像的哈希序列与图像库的哈希序列的相似程度来判断图像库中的某个图像是否为查询图像的拷贝图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，其特征在于，通过哈希函数分别将需要查询的图像和待检测是否含有查询图像的拷贝版本的图像库映射为查询图像哈希序列和哈希序列索引库，通过度量查询图像的哈希序列与图像库的哈希序列的相似程度来判断图像库中的某个图像是否为查询图像的拷贝图像。2.根据权利要求1所述基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：1)图像特征提取：1.1)对查询图像和图像库中的图像做预处理，将其规格化为相同尺寸：N×N；1.2)对预处理后的图像进行二级小波分解，并对二级小波分解后的第二级小波分解的低频信息图像分成L×L的图像块；1.3)提取步骤1.2)分割后的图像块的空域和频域特征，将空域和频域特征连接起来，并通过密钥置乱得到所有图像的哈希序列；2)拷贝检测：通过将查询图像的哈希序列分别与待检测的图像库中的所有哈希序列进行汉明距离计算，当查询图像的哈希序列与待检测的图像库中的某个图像的哈希序列的汉明距离小于所确定的阈值时，判断图像库中的该图像为查询图像的拷贝图像。3.根据权利要求2所述基于局部空域和频域的图像拷贝检测方法，其特征在于，所述步骤1.3)具体过程如下：A、局部空域特征向量HS则是对所有图像块提取均值和方差，然后将每个图像块的统计特征连接起来得到特征向量k为图像块的总个数，分别为第i个图像块的均值和方差...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琰，沈麒，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31