[发明专利]基于无损数字水印的图像篡改检测和定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像处理技术领域的方法，具体是一种基于无损数字水印的图像篡改检测和定位方法。

背景技术

利用现有的技术手段可以很容易地对数字化的图像数据进行篡改，单纯依靠人眼很难判断图像是否被篡改。图像的完整性认证和篡改检测变得越来越重要。传统的基于密码学的完整性认证是通过计算数据的认证码来进行的。认证码可以是由密钥控制的杂凑函数，即消息认证码，也可以是对杂凑函数采用非对称加密体制计算得到的数字签名。其中，杂凑函数是将任意长的数字串映射成一个较短的定长输出数字串的函数。利用传统的基于密码学的完整性认证，通常是将图像数据的消息认证码或数字签名放在文件头里，如医学数字图像通讯标准(DICOM)格式文件头。然而，当图像文件格式发生转化时，DICOM文件头里的认证信息会丢失掉。数字水印技术是直接将附加信息嵌入到图像本身，单凭人眼察觉不出水印信息的存在。利用数字水印技术对图像的完整性进行认证时，通常是把将图像数据的消息认证码或数字签名，称之为认证信息，直接嵌入在图像中。

无损数字水印(也称可逆水印)能够在提取水印信息后完全恢复原始图像，因而可以去掉嵌入水印带来的失真。无损数字水印解决了嵌入水印信息引起的失真问题，但现有的大多数无损数字水印方法丧失了传统的基于图像分块的数字水印方法所具备的篡改定位的功能。其原因在于，一些无损水印方法的水印容量太小，无法提供足够的篡改定位精度；而一些具有较大容量的无损水印方法对图像上任意一点微小的篡改非常敏感，即微小的篡改都可能导致水印解码错误，从而不能成功提取水印信息或对图像进行恢复。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为200710039128.9，专利名称为“具有区域选择性的无损数字水印方法”，该专利提出了一种大容量的无损水印方法，将水印的嵌入区域选择在图像的感兴趣区域之外，嵌入水印引起的失真也被限制在感兴趣区域之外，因而加过水印的图像可以直接应用于医学诊断，不需要每次都要进行水印信息的提取和原始图像的恢复。如果对图像的篡改发生在嵌入区域之外，均不会影响水印信息的正确提取。由于嵌入区域的面积相对于整个图像较小，由于篡改而导致不能正确提取水印信息和恢复原始图像的概率相对较低。如果水印的嵌入区域在图像的感兴趣区域之外，而篡改发生在感兴趣区域之内，则水印信息总能正确提取。

经检索还发现，M.Celik等在《IEEE Transaction on Image Processing，vol.15，pp.1042-1049，2006》(IEEE图像处理分刊，2006年第15期第1042-1049页)上发表的“Lossless watermarking for image authentication：A new framework and animplementation”(无损数字水印应用于图像认证：一种新框架和实现)，该文中提出了一种将传统的基于图像分块认证的有损水印系统和另外一种无损水印系统结合起来的新框架，可实现篡改定位和无失真恢复原始图像的功能。其不足之处在于：由于嵌入水印引起的失真源自两种水印系统，水印失真幅度常常比较高，并且嵌入水印引起的失真很难限制在感兴趣区域之外。如果该框架应用于医学图像等领域，为了保证感兴趣区域内的图像数据不因嵌入水印引起的失真而影响医学诊断的精确性，水印信息的提取和原始图像的恢复不得不每次都要进行，这给实际应用带来很大的不便。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于无损数字水印方法的图像篡改检测和定位的方法，使其利用具有区域选择性的无损数字水印方法，直接将用于篡改检测的图像的局部认证信息作为水印负荷的一部分嵌入到图像中，在不需要另一种传统的基于图像分块认证的有损水印系统的情况下，能够同时实现篡改定位和无失真恢复原始图像的功能。同时，由于水印的嵌入能有意识地避开感兴趣区域，从而不会对感兴趣区域内的图像数据造成失真。如果应用于医学领域，加过水印的图像可以直接应用于医学诊断，不需要每次都进行水印信息的提取和原始图像的恢复步骤，这给实际应用带来很大方便。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤一，从图像中选择认证区域，对认证区域进行多层次划分；

所述认证区域，是指整个原始图像，或者是原始图像的一部分，认证区域的形状是矩形，或者是多边形，认证区域的选取可由人工在图像上选取，也可以事先自动设置。