一种基于图像特征的电子印章认证方法技术

一种基于图像特征的电子印章认证方法是将印章的图像特征和半脆弱水印相结合的电子印章认证方法，本发明专利技术对原始印章图像进行预处理，然后提取印章的特征作为水印嵌入到印章图像中。当印章需要认证时，通过提取水印，计算水印与待认证印章的特征之间的误差是否在可接受范围，从而确定印章是否是可信的。如果不可信，进一步确定恶意篡改的位置。本发明专利技术方法能够正确判断对印章的处理是恶意篡改还是正常的图像处理，并可以对篡改的位置精确定位，属于多媒体信号处理领域。本发明专利技术为电子印章认证提供了一种新的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多媒体信号处理
，具体涉及一种结合印章图像特征和半脆弱水印，能够正确判断对电子印章图像的处理是恶意篡改还是正常的图像处理，并可以对篡改的位置精确定位的电子印章认证方法。
技术介绍
电子印章是应时代发展而提出的新技术。它不但可以弥补传统印章的不足和缺陷，而且随着电子商务和电子政务的飞速发展，电子印章的使用将越来越广泛。然而，印章在网络传输过程中可能会经过有意的篡改，因此其真实性必须在使用时得到确认，否则会带来很严重的后果。如何在网络环境中，对印章内容的真实性、完整性实施有效保护已成为一个严峻的现实问题。传统基于密码学的数字签名的认证技术应用于印章图像存在一些不足。例如，对正常的信号处理(如数据压缩、信号滤波等)和信道噪声(如无线信道等)过于敏感、无法定位篡改位置等。而通常电子印章会受到压缩处理或噪声的干扰，在认证时对于恶意篡改敏感的同时，应对上述正常图像处理具有一定的容忍度。基于数字水印的图像认证技术能够做到对于恶意篡改敏感且能精确定位篡改位置，同时，对正常的信号处理或噪声干扰是鲁棒的，具有更强的实用性。目前基于水印的认证方法多采用和图像无关的水印，容易受到伪认证的攻击，且定位精度和稳健性方面有待于提高。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提出。本专利技术利用印章图像本身的特征作为水印嵌入在印章图像中，当对印章图像进行的是正常图像处理时，认证时认为印章图像是可信的，而当印章图像受到恶意篡改时，不仅可以判断印章图像是不可信的，而且还可以定位篡改的位置。本专利技术实现上述目的的技术方案如下本专利技术的方法分为水印嵌入和印章认证两个过程；水印嵌入过程步骤如下1)对原始印章进行预处理；2)提取原始印章的图像特征；3)预处理水印；4)结构化嵌入水印；印章认证过程步骤如下1)抽取待认证的印章图像特征；2)重构原始印章的图像特征；3)对待认证印章进行认证。所述水印嵌入过程步骤1)对原始印章进行预处理采用如下公式X′=X0≤X≤TTT<X≤255]]>其中，X表示原始印章图像像素值，X′是预处理后印章图像的像素值，T为预处理的阈值，取245。所述水印嵌入过程步骤2)提取原始印章的图像特征方法如下利用边缘提取算法抽取印章图的边缘并进行二值化，在二值化图像上计算49个Zernike矩的幅值，记为ZMM，并将其归一化为0-1之间的小数；将每个ZMM量化为16位，取最高4位作为水印。所述水印嵌入过程步骤3)预处理水印方法如下设嵌入的水印比特序列W长度为N，通过密匙k生成一个长度为N的0、1随机序列R，对水印序列W和随即序列R进行异或操作生成待嵌入的水印信息W*。所述水印嵌入过程步骤4)结构化嵌入水印方法如下首先对印章图像进行3级二维离散小波变换，得到10个子带{LHi，HLi，HHi，LL3，i＝1-3}，其中LL3子带是原始印章图像的低通近似，集中了印章图像信号的大部分能量，3级小波变换后LL3子带的一个小波系数值和实际图像中8×8的块相关，LL3子带2×2的块与实际图像16×16块相关；然后依次将每个ZMM的高4位以2×2的块的形式嵌入到LL3子带中，在实际图像中16×16的块篡改将可能改变一个矩的值，在认证时可以根据变化了的矩的位置确定恶意篡改的位置；最后进行小波逆变换，得到嵌入水印的印章图像。所述印章认证过程步骤1)抽取待认证的印章图像特征方法如下取待认证印章图像的边缘并二值化，在二值化边缘印章上提取49个Zernike矩的幅值，称为ZMM_A，49个ZMM_A代表了待认证图像的特征。所述印章认证过程步骤2)重构原始印章的图像特征方法如下首先对待认证图像进行3级二维小波变换，得到10个子带{LHi，HLi，HHi，LL3，i＝1-3}；然后在LL3子带的每个2×2的块内提取水印，得到水印信息W’，通过和嵌入时水印预处理中相同的密匙k，生成随机序列R，对水印序列W’和随即序列R进行异或操作生成水印信息W″，由W″重构原始印章图像的49个Zernike矩的幅值，称为ZMM_O。所述印章认证过程步骤3)对待认证印章进行认证方法如下计算49个对应ZMM_A与ZMM_O的差的平方和，并判断是否超过了设定的阈值0.125，如果比阈值小，则认为印章是可信的，否则认为该印章遭受过恶意攻击，进一步将每个ZMM_A与ZMM_O的差的平方与选定的阈值0.003比较，如果大于阈值，则认为该ZMM对应的嵌入位置处遭到了恶意篡改，对应空间域的16×16块。所述水印嵌入过程步骤4)中每一位水印的嵌入方法如下定义两个变量S_LSB6(a，b)和G_LSB6(a)，其中S_LSB6(a，b)表示用b的低六位代替a的低六位，而G_LSB6(a)表示取出a的低六位，当嵌入水印比特位为‘1’时，使用公式Fi′(u,v)=S_LSB6(Fi(u,v)-010000b,110000b)G_LSB6(Fi(u,v))≤010000bS_LSB6(Fi(u,v),110000)otherwise]]>当嵌入水印比特位为‘0’时，使用公式Fi′(u,v)=S_LSB6(Fi(u,v)+100000b,010000b)G_LSB6(Fi(u,v))≤110000bS_LSB6(Fi(u,v),010000b)otherwise]]>其中，Fi(u，v)是小波LL3子带系数，Fi′(u，v)是水印嵌入后系数。所述印章认证过程步骤2)中水印位的提取方法是获取LL3子带系数的整数部分的二进制表示的第6个最低有效位。本专利技术与现有基于水印的电子印章认证技术比较有以下优点1)将印章图像本身的特征作为水印嵌入印章图像，并利用特征之间的差别进行认证，使认证结果更加可靠。2)对印章图像进行预处理，降低像素溢出对水印稳健性的影响，提高认证的准确性。3)本专利技术提出的算法不可见性良好，对常规图像处理的稳健性较好，而对恶意篡改比较敏感，且定位精度较高。本专利技术方法嵌入水印后印章图像的峰值信噪比，记作PSNR，其值为42dB以上，对抗JPEG压缩的稳健性达到压缩因子40％，对抗噪声的强度是S＝4，S＝4表示原始印章图像叠加之间的随机噪声。当图像发生内容篡改时，认证将认为该印章图像是不可信的，篡改的定位精度是16×16的块。附图说明图1是本专利技术提出的印章认证方法中对印章图像进行3级二维小波分解得到的子带示意图；图2是本专利技术提出的印章认证方法中水印的结构化嵌入示意图；图3是本专利技术提出的认证方法对印章1进行预处理和水印嵌入的示意图；图4是本专利技术提出的认证方法对印章2进行预处理和水印嵌入的示意图；图5是本专利技术提出的认证方法对印章3进行预处理和水印嵌入的示意图；图6是本专利技术提出的认证方法对印章4进行预处理和水印嵌入的示意图；图7是本专利技术提出的认证方法在印章1图遭受恶意篡改时的认证结果；图8是本专利技术提出的认证方法在印章2图遭受恶意篡改时的认证结果；图9是本专利技术提出的认证方法在印章3图遭受恶意篡改时的认证结果；图10是本专利技术提出的认证方法在印章4图遭受恶意篡改时的认证结果。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术方法作进一步说明。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像特征的电子印章认证方法，其特征是本专利技术的方法分为水印嵌入和印章认证两个过程：　　　　水印嵌入过程步骤如下：１）对原始印章进行预处理；２）提取原始印章的图像特征；３）预处理水印；４）结构化嵌入水印；　　　　印章认证过程步骤如下：１）抽取待认证的印章图像特征；２）重构原始印章的图像特征；３）对待认证印章进行认证。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红梅，饶俊慧，黄继武，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]