跨格式抗干扰的图像水印算法研究

Digital watermarking technology is a good means for protecting digital image copyright and tracking the piracy. However, in the life cycle of the watermarked image, some image distortions introduced by digital-analog conversion such as light conditions change, geometric distortion, format conversion, which can destroy the presence of a watermark. The image has many of characteristics such as edge, corner, area etc., which express the semantic information of image. These characteristics are the most important elements for sensing image and can be well hold under image processing and geometric distortion. And more, images in different formats, their characteristics are expressed almost the same. This project research on the cross-formats and anti-interference image watermarking technology based on such characteristics mentioned above. And mainly focus on the key issues include: establish the digital-analog conversion distortion models by means of analyzing the infections caused by distorting processes; give the selection method of characteristics by means of analyzing their resilience ability under the established distortion models; design the synchronization tactics and ascertain the watermark embedding locations by means of analyzing the covariation of characteristics; give the watermark embed methods by means of analyzing the change constraint of characteristic property values under watermarking invisibility condition. By studying these issues, it is expected to provide new ideas and theoretical support for the watermarking algorithm against digital-analog converter and technical support for the protection of the images in lifecycle.

数字水印是保护数字图像版权、跟踪盗版行为的一种良好技术手段。但在图像的生命周期中，由于数模转换引入的光照变化、几何变形、格式转化等图像失真，会对图像的数据、位置等产生影响，从而破坏所包含的水印信息。数字图像包含有边缘、轮廓、角点等特征，是图像感知过程中的重要内容，对图像处理、几何变换等能很好地保持，且在不同格式下的表达基本相同。本课题正是基于图像的这类特征，对跨格式抗干扰的水印算法展开研究，重点研究：通过分析失真过程对图像数据的影响，建立数模转换失真模型；通过分析失真模型下特征属性的保持能力，给出特征的选取方法；通过分析几何变换下特征的几何协变性和不变性，设计图像同步策略和确定水印嵌入位置；通过分析水印不可见条件下特征属性值的更改约束，给出水印嵌入方法，设计相应水印算法。通过上述问题的研究，为抗数模转换图像水印算法的设计提供新的思路和理论依据，为图像生命周期的保护提供技术支持。

数字水印技术作为信息隐藏技术研究领域的一个重要分支，是一种有效的数字产品版权保护技术，是信息安全领域的研究热点之一。然而现有的图像水印算法对含水印图像整个生命周期内，由于打印、扫描等数模转换引起的水印缺失问题仍显得无能为力。主要是由于在数模转换过程中，往往会引入光照情况变化、几何变形、格式转化等图像失真，其会对图像的数据、位置等产生较大影响，从而影响水印信息的存在性。本课题针对上述问题，基于数字水印对数字图像整个生命周期的保护技术展开研究。首先在图像叠加噪声、JPEG压缩格式转换、几何变形的噪声模型分析方面，课题对图像叠加噪声攻击后空域图像最大奇异值变化规律，对JPEG图像叠加噪声后DCT系数矩阵最大奇异值变化规律等进行了分析，并给出了一种可同时抵抗JPEG压缩与统计检测的图像水印技术框架。其次在噪声模型下，图像鲁棒特性分析与评估方面，提出了基于DCT系数相对关系的抗JPEG压缩与统计检测图像水印方法，基于Harris-Laplacian特征的抗JPEG压缩与统计检测图像水印方法，给出了基于“抗压缩载体构造+RS-STC码”架构鲁棒水印的容错性能分析结果。最后在图像水印算法设计方面，结合空域图像叠加噪声攻击后图像最大奇异值的变化规律，出了一种可评价的鲁棒水印算法；结合JPEG图像量化后DCT系数概率分布，提出一种可评价的JPEG图像鲁棒性水印算法；提出一种基于串行级联码和DCT系数相对位置关系的JPEG图像鲁棒水印算法；结合图像特征点和梯度方向，提出了一种抗几何攻击的鲁棒水印算法；基于图像的边缘，提出一种鲁棒水印算法等。上述部分相关结果已形成学术论文，在“Digital Signal Processing”、“Multimedia Tools and Application”、“Journal of Electronic Imaging”、“Digital Investigation”、3rd ACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security、《计算机研究与发展》和《通信学报》等国内外重要学术期刊和会议上发表相关论文28篇，其中SCI期刊论文13篇，申请国家发明专利2项；相关成果“信息隐藏检测理论及方法”获2016年河南省科技进步二等奖（基础研究类），培养博士生3名，硕士生3名。