一种基于内容的鲁棒图像拷贝检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于内容的鲁棒图像拷贝检测方法。先提取测试图像特征矢量：选取原图ＹＣｂＣｒ颜色空间的Ｙ平面整体ＤＣＴ变换系数，计算其顺序测度得到的系数序列作为测试图像的特征矢量；再建立测试图像代表矢量库：对测试图像库图像的特征矢量集进行聚类分析，定义聚类，选取最接近聚类中心的特征矢量作为聚类的代表，构建所有聚类的代表矢量库；最后以查询图像特征矢量及旋转补偿后的图像特征矢量分别检索匹配测试图像代表矢量库，确定所属类别，在此聚类中对各个图像特征矢量进行顺序匹配检索，判别是否存在查询图像的拷贝。本发明专利技术表现出较高的鲁棒性，有助于提高查询效率。在数字图像数据库整理、数字图像版权保护和盗版追踪方面具有实用价值，使用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多媒体处理技术，涉及一种基于内容的鲁棒图像拷贝检测 方法，具体来说，给定查询图像，使用该方法能快速准确的从测试图像库 中判断检索出所有查询图像的拷贝图像。本专利技术还涉及一种提取图像特征矢量的方法和一种改进的K-均值聚类算法，提取的图像特征矢量能抵抗各 种常规变换和一些低强度的几何变换；引入改进的K-均值聚类算法有效的 减少了聚类和匹配检索时间，提高了查询效率。
技术介绍
随着网络技术和多媒体技术的发展，数字图像的复制和传播变得十分 便捷，因此，知识产权(intellectualcopyrights)的保护，特别是有关数字图像 的版权保护，已经变成重要的法律问题。由于数字图像的编辑处理十分容 易，非法盗版者往往对拷贝的数字图像进行一些处理(如格式转换、亮度 和颜色调整以及旋转，縮放等几何变换)，很容易躲避一些针对图像盗版的 追踪。目前，通常两种技术被用于数字图像的版权保护数字水印(digital watermarking)和基于内容的拷贝检测(content-based copy detection)。作为广 泛应用的数字水印技术，需要在数字图像发布之前将相关水印信息嵌入在 数字图像中。这样，所有嵌入水印的数字图像的拷贝都含有水印信息，在 发生版权纠纷问题时将水印信息从数字图像中提取出来与原始水印信息比 较以此来证明所有权。不同于嵌入模式的数字水印，基于内容的拷贝检测不需要在数字图像发布之前在图像中嵌入其他额外信息。 一般来说，数字 图像本身含有足够的唯一信息，作为数字图像的唯一标识，用于基于内容 的拷贝检测，特别是各种非法拷贝的检测。例如，某新闻图像的版权所有者怀疑该图像在Internet上被非法拷贝，该所有者可以从拷贝检测系统发起 一个查询。同时，基于内容的拷贝检测也可以作为数字水印的一个补充。 在证明Internet上存在非法拷贝之后，该数字图像的版权所有者可用数字水 印或其他技术来证明其所有权。基于内容的拷贝检测方法从数字图像中提取特征矢量作为该图像唯一 的标识。在进行拷贝检测时，从査询图像中提取相同的标识与测试图像的 标识比较，从而确定查询图像是否为测试图像的拷贝。这里拷贝不是指与 测试图像完全相同，而是测试图像的经过修改或变换得到的图像，例如 插入文本信息、旋转縮放图像等等。相比于数字水印的主要优势在于G) 不需要在数字图像发布之前对数字图像进行任何处理；(2)嵌入在数字图像 中的数字水印， 一旦被黑客破解，数字水印的保护功能就完全失效，而基 于内容的拷贝检测可以针对黑客的攻击，重新筑起新的防线；(3)基于数字 水印的版权保护的抗攻击能力是以攻击产生的失真不会被人感知作为极限 强度，而基于内容的拷贝检测的抗攻击能力是作品内容不发生改变作为极 限强度，因而基于内容的拷贝检测具有更强的抗攻击能力。基于内容的拷贝检测与基于内容的图像检索的本质区别在于拷贝和相 似性的概念拷贝图像不是原始査询图像或者与査询图像相似的图像，而 是査询图像的经过变换产生的图像，例如各种光学变化或几何变换。基于 内容的图像检索应用主要目的在于在相同的视觉分类中査找相似的图像， 但是大多数检索的相似图像在基于内容的拷贝检测中属于误检行为。另外 一个根本的区别在于拷贝检测的查询图像可能只包含测试图像的一部分。目前基于内容的图像拷贝检测采用的图像特征主要是基于图像亮度、 梯度、分块离散余弦变换(discrete cosine transform, DCT)系数的顺序测度，对縮放和较小范围的裁剪变换有良好效果，却对旋转和大范围的裁剪无能为力。Hsu (W. Hsu, T. S. Chua， and H. K. Pung， An integrated color-spatial approach to content-based image retrieval, in Proc. ACM Multimedia, 1995, pp. 305-313.)等利用通过局部颜色直方图得到的图像分块的颜色信息作为图像 特征，通过比较局部颜色直方图匹配两幅图像，缺点在于较高的计算复杂 度和搜索时间。Chang (E.Y. Chang， J.Z. Wang, C. Li， G. Wiederhold, RIME: a replicated image detector for the world-wide-web， in: Proceedings of the SPIE Multimedia Storage and Archiving Systems, San Jose， CA， November 1998， Vol.ni.)等提取利用基于小波的网络图像拷贝检测，实验结果显示对于一个有30,000幅图像的测试图像库，能正确的检测8个拷贝，但是应对直方图量 化或者高对比度增强变换无能为力。Kim (Kim， C. Content-based image copy detection. Signal Processing: Image Communication, 2003,18(3): 169-184)等提 出基于分块DCT系数的图像拷贝检测方法，对图像的180。翻转、縮放、直 方图量化、模糊、高斯噪声等都有较好的效果，但是对图像的旋转和裁剪 效果不佳。因此，为解决现有问题，提出一种基于图像整体DCT变换系数 顺序测度的鲁棒图像拷贝检测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出，采用 该检测方法能准确识别攻击以后的图像，具有较高的鲁棒性，并提高了查 询效率。本专利技术提供的基于内容的鲁棒图像拷贝检测方法，其步骤包括 (1)提取测试图像特征矢量选取原图YCbCr颜色空间的Y平面整 体DCT变换系数，计算其顺序测度得到的系数序列作为测试图像的特征矢 量；(2) 建立测试图像代表矢量库对测试图像库图像的特征矢量集进行 聚类分析，定义聚类，选取最接近聚类中心的特征矢量作为聚类的代表， 构建所有聚类的代表矢量库；(3) 查询图像匹配检索以查询图像特征矢量及旋转补偿后的图像特 征矢量分别检索匹配测试图像代表矢量库，确定所属类别，在此聚类中对 各个图像特征矢量进行顺序匹配检索，判别是否存在查询图像的拷贝。本专利技术方法通过提取出的图像特征作为唯一数字图像标识，即使检测 图像遭受到各种常规变换和一些低强度的几何变换，采用该检测方法仍能 准确识别攻击以后的图像为测试图像的拷贝，表现出较高的鲁棒性；同时 对测试图像特征库进行聚类，其有助于提高查询效率。本方法与现有的图 像拷贝技术比较有以下优点-目前大部分基于内容的拷贝检测算法对各种常规变换和几何变换鲁棒 性较差，主要原因在于颜色、亮度、梯度和分块DCT系数在图像经过轻微 的几何变换之后，常常导致分块内像素的亮度值、梯度值或变换系数值发 生较大的变化，因此此类拷贝检测算法的查准率和査全率较低。由于本方 法是基于图像整体DCT系数的拷贝检测技术，并对测试图像库中图像特征 矢量进行聚类，减小了数据库数量级，检测时间少，精度高，同时能抵抗 各种常规变换和低强度的几何变换，在数字图像数据库整理、数字图像版 权保护和盗版追踪方面具有实用价值，使用范围广。附图说明图1为本专利技术提出的基于内容的鲁棒图像拷贝检测方法的整体示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内容的鲁棒图像拷贝检测方法，其步骤包括：（１）提取测试图像特征矢量：选取原图ＹＣｂＣｒ颜色空间的Ｙ平面整体ＤＣＴ变换系数，计算其顺序测度得到的系数序列作为测试图像的特征矢量；（２）建立测试图像代表矢量库：对测试图像库 图像的特征矢量集进行聚类分析，定义聚类，选取最接近聚类中心的特征矢量作为聚类的代表，构建所有聚类的代表矢量库；（３）查询图像匹配检索：以查询图像特征矢量及旋转补偿后的图像特征矢量分别检索匹配测试图像代表矢量库，确定所属类别，在此聚类 中对各个图像特征矢量进行顺序匹配检索，判别是否存在查询图像的拷贝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：凌贺飞，邹复好，卢正鼎，许治华，冯辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]