一种基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，包括：步骤S1：得到中间水印图像f

【技术实现步骤摘要】
一种基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法


[0001]本专利技术主要涉及到图像处理
，特指一种基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法。

技术介绍

[0002]随着图像编辑软件的广泛使用，人们可以很容易地对数字图像进行修改。这些操作使得数字图像的真实性存在着质疑；因此，为了防止照片编辑技术被用于任何不正当的目的，保护宿主图像的完整性，数字图像水印作为最强大的取证技术在信息安全领域中得到了广泛的应用。
[0003]由于数字图像在传输过程中经常受到内容保留攻击和篡改操作。在现有的数字水印方案中，半脆弱水印不仅能够保护宿主图像的完整性，而且水印对内容保留攻击是鲁棒的。
[0004]在过去的几十年里，有很多研究人员提出了许多新颖的半脆弱水印方案。这些方法根据嵌入域通常划分为两大类，包括基于空域和基于频域。基于空域的方法，例如最低有效位(LSB)算法，其能够保持较高的图像质量以及较快的计算效率，但鲁棒性能较差。因此，为更好的抵抗内容保留攻击，研究人员将水印信息通过可逆数学变换嵌入到频率域，如离散余弦变换(DCT)，离散小波变换(DWT)等。前人所做的贡献极大的推动了半脆弱水印技术的发展。然而，传统的半脆弱水印方法不可避免的带来宿主图像的永久性失真，尽管这些失真对人眼来说是无法察觉的，但在某些领域任何的失真都是无法接受的，例如医学、卫星、军事、精密仪器等高保真图像领域。
[0005]为了恢复宿主图像的永久性失真，研究人员提出了可逆水印(RW)技术，即：在水印图像没有受到攻击时，能够无损的恢复原始图像。由于这种可逆特性，RW在保护具有高精度要求的图像中有着广泛的应用。在过去的几十年里，研究人员提出了许多出色的RW方案，它们在提高嵌入容量和减少图像失真方面取得了很大的进步，如自基于压缩、基于直方图移位(HS)、基于差分扩展(DE)、基于预测误差扩展(PEE)以及基于整数变换等。然而，这些方法不具有鲁棒性，在受到最轻微的攻击时，嵌入的水印信息将丢失。为了解决这一问题，又有研究人员提出了半脆弱可逆水印(SRW)。在水印图像没有受到攻击时，能够提取嵌入水印，并无损的恢复原始图像。当水印图像受到攻击时，知情者仍然能够提取水印进行完整性认证。
[0006]近年来，结合篡改检测、图像认证和恢复的半脆弱可逆水印(SRW)方案受到高度重视。与传统的半脆弱水印和可逆水印方案相比，SRW方案更具有挑战性，它需要减少补偿信息量，提高篡改定位精度，以及平衡不可见性。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、适用范围广、能够有效的抵抗内容保留攻击、准确定位篡改区域的基于半脆弱
可逆水印的篡改定位方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，其包括：
[0010]步骤S1：得到中间水印图像f
w1
；将宿主图像f分成N
b
组图像块，并在每组前三个图像块的中频QDFT系数中嵌入半脆弱水印W1，得到中间水印图像f
w1
；
[0011]步骤S2：获得最终水印图像f
w2
；由频域误差D
fre
和空域误差D
dom
来表示预恢复图像f
rec
与原始图像f之间的失真，其中预恢复图像f
rec
根据邻域系数计算得到，并从中间水印图像f
w1
中提取用于完整性认证的哈希值H；可逆水印由频域误差D
fre
，空域误差D
dom
和哈希值H三部分组成，在将其压缩后可逆地嵌入到每组的第四个图像块中，以获得最终水印图像f
w2
；
[0012]步骤S3：在接收方，若水印图像在未受到攻击的情况下将直接恢复成原始宿主图像f，若在受到攻击时将执行篡改认证。
[0013]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S3中，在定位篡改区域时，根据提取的半脆弱水印信息构建差值图M
dt
，并通过频域分析转换为实值篡改图C
s
(S
i
)；根据定义的图形结构E和权重矩阵W，执行篡改排序，得到优化后的篡改图T。
[0014]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S1中，在每个图像块的QDFT中频系数中嵌入一位水印时，在选定的QDFT系数中嵌入比特：给定一个大小为M
×
N的彩色宿主图像f(x，y)，将其分成N
b
个不重叠块；将每个图像块分成四个不重叠的小块，从而得到N
b
组图像块对于彩色图像块B
i，k
(x，y)，i＝1，2，...，N
b
，k＝1，2，3，它被表示为纯四元数形式2；采用右侧QDFT将彩色图像块B
i，k
(x，y)从空域转换到频域F(u，v)，其中(u，v)表示频域中的坐标。
[0015]作为本专利技术方法的进一步改进：在对中间水印图像f
w1
进行预恢复时，通过QDFT将中间图像转换到频率域；利用邻域信息自适应的恢复水印误差，恢复过程如下：
[0016][0017]频域误差计算如下：
[0018]D
fre
＝fix(F(u，v))
‑
fix(F
′
rec
(u，v))
[0019]预恢复的QDFT系数计算如下：
[0020]F
′
rec2
(u，v)＝F
′
rec
(u，v)+D
fre
[0021]并通过公式修改其对称系数；应用IQDFT，得到预恢复的宿主图像f
rec
，并将像素值转换为uint8类型，将取整操作所引起的频域误差D
fre
和空域误差D
dom
作为补偿信息。
[0022]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S3中包括对完整性认证信息的计算：对水印图像I
mid
应用QDFT，并随机选取L
h
个高频系数组成向量Y＝[Y(1)，Y(2)，...，Y(L
h
)]；图像完整性认证哈希H的计算规则如下：
[0023][0024]其中，i＝1，2，...，L
h
‑
1。
[0025]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S3中将接收的水印图像标记为使用可逆水印方法从接收图像中提取哈希值H1，随后从恢复后的图像中使用相同的哈希方
法提取哈希值H2；如果H1和H2相同，则表示水印图像并未受到攻击，根据嵌入的可逆信息恢复原始图像；如果H1和H2不同，则表示水印图像受到攻击，且可逆信息丢失，使得无法恢复原始图像；在后一种的情况下，提取半脆弱水印进行篡改定位。
[0026]作为本专利技术方法的进一步改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，其特征在于，包括：步骤S1：得到中间水印图像f
w1
；将宿主图像f分成N
b
组图像块，并在每组前三个图像块的中频QDFT系数中嵌入半脆弱水印W1，得到中间水印图像f
w1
；步骤S2：获得最终水印图像f
w2
；由频域误差D
fre
和空域误差D
dom
来表示预恢复图像f
rec
与原始图像f之间的失真，其中预恢复图像f
rec
根据邻域系数计算得到，并从中间水印图像f
w1
中提取用于完整性认证的哈希值H；可逆水印由频域误差D
fre
，空域误差D
dom
和哈希值H三部分组成，在将其压缩后可逆地嵌入到每组的第四个图像块中，以获得最终水印图像f
w2
；步骤S3：在接收方，若水印图像在未受到攻击的情况下将直接恢复成原始宿主图像f，若在受到攻击时将执行篡改认证。2.根据权利要求1所述的基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，在定位篡改区域时，根据提取的半脆弱水印信息构建差值图M
dt
，并通过频域分析转换为实值篡改图C
s
(S
i
)；根据定义的图形结构E和权重矩阵W，执行篡改排序，得到优化后的篡改图T。3.根据权利要求1所述的基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，在每个图像块的QDFT中频系数中嵌入一位水印时，在选定的QDFT系数中嵌入比特：给定一个大小为M
×
N的彩色宿主图像f(x，y)，将其分成N
b
个不重叠块；将每个图像块分成四个不重叠的小块，从而得到N
b
组图像块对于彩色图像块B
i，k
(x，y)，i＝1，2，...，N
b
，k＝1，2，3，它被表示为纯四元数形式1；采用右侧QDFT将彩色图像块B
i，k
(x，y)从空域转换到频域F(u，v)，其中(u，v)表示频域中的坐标。4.根据权利要求1所述的基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，其特征在于，在对中间水印图像f
w1
进行预恢复时，通过QDFT将中间图像转换到频率域；利用邻域信息自适应的恢复水印误差，恢复过程如下：频域误差计算如下：D
fre
＝fix(F(u，v))
‑
fix(F
′
rec
(u，v))预恢复的QDFT系数计算如下：F
′
rec2
(u，u)＝F
′
rec
(u，u)+D
fre
并通过公式修改其对称系数；应用IQDFT，得到预恢复的宿主图像f
rec
，并将像素值转换为uint8类型，将取整操作所引起的频域误差D
fre
和空域误差D
dom
作为补偿信息。5.根据权利要求1所述的基于半脆弱可逆水印的篡改定位方法，其特征在于，所述步骤S3中包括对完整性认证信息的计算：对水印图像I
mid
应用QDFT，并随机选取L
h<...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳军林，黄井滔，马嘉勇，唐滢璇，王志敏，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：