[发明专利]基于人类视觉特性压缩感知的灰度图像篡改检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种基于人类视觉特性压缩感知的灰度图像篡改检测方法。

背景技术

图像篡改检测是一种数字化产品的版权保护技术。其核心思想为：将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(如多媒体、文档、软件等)或者数字媒体的间接表示(如修改特定区域的结构)中，且不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改，但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向，也是实现版权保护的有效办法。

压缩感知是一个新颖的信号采集与处理的理论，它由稀疏基变换、测量矩阵及信号重构三部分构成。该理论的基础是如果信号是可压缩的或在某个变换域是稀疏的，那么就可以用一个与变换基不相关的观测矩阵将变换所得的高维信号投影到一个低维空间上，然后通过求解一个优化问题从这些低维空间的投影中以高概率重构出原始信号。

经过文献检索发现，M.Tagliasacchi、G.Valenzise和S.Tubaro等人在论文“Localization of sparse image tampering via random projections”(《基于随机采样的离散图像篡改定位》)(IEEE International Conference on Image Processing，pp.2092-2095，Oct.2008)(IEEE图像处理国际会议)中提出了一种图像篡改检测的方法。其中，发送端对原始图像信息进行随机投影，将得到的压缩测量值再进行分布式编码后作为原始图像的哈希特征值，之后将该哈希特征值通过安全信道传送到认证系统。认证系统在接收到图像信息后，根据由安全信道接收到的图像哈希特征值，判断该图像是否被篡改过。若受到篡改攻击，并且篡改位置在空间域上是稀疏的，则可利用压缩感知理论中的重构方法定位篡改信息。仿真实验表明，该方法不仅可以减小运算和传输代价，还具有较好的篡改检测能力。上述图像篡改检测方案的突出特点是采用了压缩感知理论。由于压缩感知不需要高频率地扫描图片就能记录并事后恢复出这幅图片，因此对于数字水印这样需要对整幅画面进行扫描和处理的应用具有明显的优势。

但是，压缩感知是非自适应的处理方法，具体应用时需根据不同的场景选择不同的稀疏基、测量矩阵及重构方案，这在很大程度上限制了压缩感知的应用性能；同时，由于人类视觉感知特性，如何最大限度地将有限的资源利用到人眼感知敏感的区域，也是提升方案性能的重大途径。本专利重点在提出一种改进的基于压缩感知的图像水印方法。

另经文献检索发现，如果将人类视觉特性引入压缩感知中，则可以有效提升图像的恢复效果。YingYu，BinWang等人在论文“Saliency-Based Compressive Sampling for image signals[C]”(《基于感兴趣区域的图像压缩感知研究》)(IEEE SIGNAL PROCESSING LETTERS，vol.17，no.11，pp.973-976，Sep.2010)(IEEE信号处理会刊)中指出人类视觉敏感的显著区域可以概括描述成一组统计信息。该文献提出的基于感兴趣区域的图像压缩感知框架主要包括3部分：首先对图像进行分析并生成一个感兴趣区域映射表；然后根据该映射表，将图片分块，依次计算每一块的压缩感知测量参数，生成测量矩阵，进行压缩感知采样；最后使用压缩感知恢复算法进行图像重构。方案中的感兴趣区域映射表是整个方法的核心部分，该映射表的好坏决定了能否分配合理的资源给人类视觉的重点部分，因此决定了图像恢复效果的优劣。

本专利的重点在于将上述基于感兴趣区域的图像压缩感知方案应用于灰度图像篡改检测流程中，以进一步加强图像篡改检测效果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高检测率、低传输量、快运算的基于人类视觉特性压缩感知的灰度图像篡改检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于人类视觉特性压缩感知的灰度图像篡改检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)图像水印生成与传输，发送端在传输图像之前，首先生成该图像的哈希值，然后通过安全信道传输哈希值，通过公开信道传输图像给接收端；

2)接收端图像检测，接收端利用由可信信道接收到的图像水印，验证由公开信道得到的图像是否经过了篡改；