基于感知哈希的遥感影像认证算法研究

摘要

遥感影像数据作为对地观测的重要成果，在众多领域得到重要应用。但是，遥感影像处理技术的发展、数据管理制度的漏洞、人为因素的威胁、计算机网络的开放性等，使遥感影像在传输、存储与使用过程中容易遭受各种无意或有意的篡改攻击，其完整性、真实性问题日渐突出。遥感影像本身具有高精度、安全性等特性，如果其完整性、真实性受到影响，那么使用价值将大打折扣，甚至带来不可弥补的重大损失，所以，遥感影像的完整性、真实性认证研究具有重要的现实意义。
　　传统的认证技术更多地关注数据载体的认证，无法区分数据的有效内容信息是否遭到篡改，不能满足遥感影像认证的需要。近些年新兴的感知哈希技术则能够实现数据基于内容的认证，为遥感影像的认证提供了新的解决方法。本文以实现遥感影像的内容认证为目的，在分析遥感影像的数据特性和应用环境的基础上，研究遥感影像感知哈希算法，以期更好地实现遥感影像的认证。
　　本文主要的研究工作如下:
　　1、分析遥感影像数据的自身特征，阐述感知哈希的基本原理，在此基础上，探讨遥感影像感知哈希算法的特点与要求。
　　2、针对遥感影像海量性和大尺寸的特点，研究基于格网划分与感知哈希的遥感影像认证方法。提出了三种用于海量遥感影像的感知哈希认证算法，分别是:基于四边形格网划分与感知哈希的遥感影像认证算法、基于自适应格网划分与感知哈希的遥感影像认证算法、基于金字塔模型与格网划分的遥感影像感知哈希认证算法，实现海量影像的细粒度认证。
　　3、针对遥感影像对认证的精度要求较高的特点与边缘特征在遥感影像应用中的重要地位，研究基于边缘特征的遥感影像感知哈希认证算法。提出一种基于空域边缘特征提取的遥感影像感知哈希认证算法，通过自适应的预处理过程实现运行效率与认证精度之间的平衡，并通过奇异值分解降低特征敏感性与算法鲁棒性之间的矛盾;进而提出一种基于自适应Gabor滤波器组与离散小波变换(DWT变换)的遥感影像感知哈希算法，利用Gabor滤波器能够在不同方向和频率增强图像的特点，在不同尺度下提取遥感影像不同区域的局部边缘特征构造感知哈希序列，克服特征的冗余，增强算法鲁棒性与灵活性。
　　4、针对多光谱遥感影像的数据特征，提出了三种多光谱影像感知哈希认证算法，分别是:波段特征综合的多光谱影像感知哈希算法、基于波段特征融合的遥感影像感知哈希算法、基于互信息与波段近邻传播聚类（AP聚类）的多光谱影像感知哈希认证算法，满足多光谱影像不同应用环境中的完整性认证需求。
　　5、针对遥感影像认证过程中认证信息的自身的安全问题，研究认证信息的安全管理方法:针对遥感影像机密性的特点，提出一种遥感影像多级认证权限的管理算法，根据遥感影像不同区域的敏感等级和用户的级别确定用户对相应的区域是否拥有认证权限;针对认证过程中的密钥管理问题和认证信息自身安全问题，提出基于椭圆曲线密码与感知哈希的遥感影像认证方法;针对遥感影像认证过程中认证信息需要独立传输与存储管理问题，研究基于信息隐藏技术实现认证信息隐蔽传输的方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状与存在的问题

1．2．1 研究现状

1．2．2 存在的问题

1．3 主要研究内容与技术路线图

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线图

1．4 论文组织

第2章 遥感影像感知哈希基础

2．1 感知哈希

2．1．1 感知哈希基本原理

2．1．2 感知哈希的应用领域

2．1．3 感知哈希认证算法的基本特征

2．2 遥感影像感知哈希认证算法

2．2．1 遥感影像概述

2．2．3 遥感影像的特点

2．2．3 遥感影像感知哈希认证算法的特点

2．2．4 遥感影像的感知哈希认证算法基本框架

2．2．5 遥感影像的感知哈希关键技术

2．3 基于感知哈希的遥感影像认证模型

2．4 本章小结

第3章 基于格网划分的遥感影像感知哈希认证算法

3．1 基于四边形格网划分与感知哈希的遥感影像认证算法

3．1．1 算法原理

3．1．2 算法描述

3．1．3 认证实例与算法分析

3．2 基于自适应格网划分与感知哈希的遥感影像认证算法

3．2．1 算法原理

3．2．1 算法描述

3．2．3 实验与分析

3．3 基于金字塔模型与格网划分的遥感影像感知哈希认证算法

3．3．1 算法原理

3．3．2 算法描述

3．3．3 实验与分析

3．4 本章小结

第4章 基于边缘特征的遥感影像感知哈希认证算法

4．1 遥感影像边缘特征分析

4．2 基于空域边缘特征提取的感知哈希认证算法

4．2．1 影像格网划分与基于信息熵的格网单元自适应预处理

4．2．2 格网单元边缘特征的提取

4．2．3 基于SVD分解与Hash函数的边缘特征摘要化

4．2．4 遥感影像的完整性认证

4．2．5 实验与分析

4．3 基于自适应Gabor滤波器组与DWT变换的遥感影像感知哈希认证算法

4．3．1 基于自适应Gabor滤波器组的格网单元滤波

4．3．2 基于DWT变换与PCA分解的边缘特征提取与压缩

4．3．3 完整性认证与篡改定位

4．3．4 实验与分析

4．4 本章小结

第5章 多光谱遥感影像感知哈希认证算法

5．1 多光谱遥感影像特征分析

5．2 综合波段特征的多光谱影像感知哈希认证算法

5．2．1 影像预处理

5．2．2 波段的特征提取

5．2．3 多光谱影像的完整性认证过程

5．2．4 实验与分析

5．3 基于多波段信息融合的遥感影像感知哈希算法

5．3．1 算法原理与设计原则

5．3．2 基于小波变换的波段融合

5．3．3 特征提取与处理

5．3．4 实验与分析

5．4 基于互信息与波段AP聚类的多光谱影像感知哈希认证算法

5．4．1 算法原理

5．4．2 算法描述

5．4．3 实验与分析

5．5 本章小结

第6章 遥感影像认证信息安全管理方法

6．1 遥感影像多级认证权限管理算法

6．1．1 算法原理

6．1．2 面向内容认证的遥感影像多级认证权限管理模型

6．1．3 基于Hash链与感知哈希的遥感影像多级认证权限管理实现方法

6．1．4 实验与分析

6．2 基于椭圆曲线密码与感知哈希的遥感影像认证方法

6．2．1 相关理论

6．2．2 算法描述

6．2．3 方案分析

6．3 基于信息隐藏的遥感影像认证信息隐蔽传输方案

6．3．1 方案设计原理与流程

6．3．2 基于交错策略的认证信息生成与嵌入

6．3．3 单元感知哈希的提取与完整性认证

6．3．4 实验与分析

6．4 本章小结

第7章 基于感知哈希的遥感影像认证原型系统

7．1 原型系统设计

7．1．1 系统设计目标

7．1．2 系统逻辑结构框架

7．2 原型系统实现

7．2．1 系统功能模块

7．2．2 系统核心技术

7．3 原型系统演示

7．4 本章小结

第8章 总结与展望

8．1 论文主要工作

8．2 论文主要创新点

8．3 研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢