图像鲁棒可逆信息隐藏算法研究

摘要

可逆信息隐藏技术能够在准确提取信息的同时无损恢复原始载体，这一可逆特性近年来在军事、医疗、法律领域应用广泛。现有的图像可逆信息隐藏算法大多在无损环境中运行，即载体在嵌入信息后不能受到任何攻击和修改。而在现实场景中，时常出现诸如图像压缩和几何变换等图像操作或攻击。本文在可逆信息隐藏的基础上结合上述实际情况，致力于研究新型的图像鲁棒可逆信息隐藏方案。实现在载体图像未受到任何改动时，既可以正确提取出所有秘密信息也可以恢复载体至隐藏前的原始状态;而在受到一定改动时，仍能提取出部分关键秘密信息。本文提出三个高效的图像鲁棒可逆信息隐藏算法，具体研究方案如下: (1)基于直方图平移的鲁棒可逆信息隐藏方案。方案在图像空域中结合图像分块和直方图平移两种技术，将图像子块通过六边形模型划分成两个相似子集并将鲁棒水印嵌入其中。同时利用平移图像直方图生成冗余空间的方式来嵌入脆弱信息，为方案中边信息的传递提供容量保障。实验结果表明，该方案针对一般强度的图像压缩，鲁棒性较强，图像失真度小且在边信息问题处理上效果明显。然而，在高强度图像压缩攻击下鲁棒性有待提高。 (2)基于IWT的鲁棒可逆信息隐藏方案。针对相关空域技术难以抵抗高强度图像压缩攻击的问题，利用图像频域中的两个中低频系数差值嵌入鲁棒信息。同时为了保证无损环境中算法的可逆性，采用整数小波变换，简称为IWT变换。这种整数变换弥补了以往浮点型变换易导致原始信号丢失的问题，实现空域至频域正反变换的无损切换。实验结果表明，该算法能够抵抗高强度的图像压缩，且产生的边信息少，图像失真度低。 (3)针对图像几何攻击的鲁棒可逆信息隐藏方案。现有的鲁棒水印以及鲁棒可逆信息隐藏方案甚少涉及几何攻击这一领域。针对上述问题，在图像空域中选取两个圆面，分别以图像中心以及质心为圆点。利用圆内相邻像素的差值嵌入鲁棒水印。实验结果表明，该算法不仅能够抵抗一定程度的图像压缩，而且在几何变换尤其是旋转攻击下鲁棒性能优越，嵌入水印后的图像失真度、视觉质量高。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1可逆信息隐藏的研究现状

1．2．2鲁棒可逆信息隐藏的研究现状

1．3研究目的和意义

1．4研究内容和方法

1．5研究成果和结论

1．6论文组织结构

第二章鲁棒可逆信息隐藏概述

2．1可逆信息隐藏(RDH)技术

2．1．1信息隐藏技术简介

2．1．2可逆信息隐藏基本概念

2．2鲁棒可逆信息隐藏(RRDH)技术

2．2．1 RRDH基本概念

2．2．2 RRDH技术框架

2．2．3 RRDtt技术性能指标

2．3 RRDH理论基础

2．3．1空域信息隐藏算法

2．3．2频域信息隐藏算法

2．3．3图像攻击类型

第三章基于直方图平移的鲁棒可逆信息隐藏方案

3．1算法基本流程

3．2相关原理

3．2．1图像块六边形模型构建

3．2．2直方图统计量选取

3．2．3锚点可适应性选取

3．2．4溢出问题

3．3算法描述

3．3．1信息隐藏

3．3．2信息提取

3．4实验结果与分析

3．4．1锚点备选中心点数量测试

3．4．2水印鲁棒性测试

3．4．3水印不可见性测试

3．4．3实验对比

3．5本章小结

第四章基于IWT的鲁棒可逆信息隐藏方案

4．1算法框架

4．1．1信息嵌入框架

4．1．2信息提取框架

4．2．1整数5-3IWT变换

4．2．2鲁棒水印的隐藏

4．2．3边信息的产生

4．3直方图平移下脆弱信息的隐藏

4．3．1脆弱信息的隐藏

4．3．2溢出信息问题的解决

4．4信息提取与图像恢复

4．4．1无损环境下信息提取与图像复原

4．4．2有损环境下鲁棒水印提取

4．5实验结果分析

4．5．1各选频域系数组测试

4．5．2水印鲁棒性测试

4．5．3水印不可见性测试

4．5．4实验对比

4．6本章小结

第五章针对图像几何攻击的鲁棒可逆信息隐藏方案

5．1双圆面模型构建

5．1．1圆面鲁棒特征统计量选取

5．1．2质心圆面和中心圆面

5．2信息的隐藏

5．2．1鲁棒水印信息隐藏

5．2．2脆弱信息隐藏

5．3信息的提取和图像的恢复

5．4实验结果

5．4．1水印鲁棒性和不可见性测试

5．4．2实验对比

5．5本章小结

6．1总结

6．2进一步的工作

参考文献

作者简介

致谢