[发明专利]一种结构自适应和结构保持的图像局部扭曲方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对图像或视频帧进行局部扭曲、并使之产生不可感知几何变形的结构自适应和结构保持的图像局部扭曲方法，适用于数字水印系统测试、数字图像篡改取证系统测试等领域。

背景技术

由于多媒体信号处理技术的迅速发展、以及商用图像处理软件例如photoshop等使用上的便捷，对数字作品诸如图像、视频和音频的侵权越来越容易，篡改也更方便，由此出现一系列的版权争端问题。数字水印技术是保护数字作品版权的有效手段，它通过嵌入算法将隐秘信息如水印嵌入到需保护的数字载体信号中。当发生版权纠纷时，通过提取水印可证明版权归属。不仅如此，数字水印技术及与之紧密相关的信息隐藏技术在隐秘通信、数字指纹、篡改检测等领域也有着广泛的应用前景。

在针对数字水印系统的攻击中，以去同步攻击最为有效：攻击效果强且引起的失真小。针对图像和视频，旋转、缩放和平移攻击通过整体旋转、缩放和平移达到改变载体中水印位置的效果，由于这种攻击导致像素位置这个几何量的变化，故常称为全局几何攻击。

为使所设计的水印系统具有抗攻击的实用性，往往需要对水印系统进行攻击测试。最为常用的测试系统为Stirmark测试标准，其中最为有效的几何攻击是随机局部扭曲攻击RBA。RBA随机改变像素的位置，从而不像RST攻击那样容易反制。在此基础上，近年来Barni等人提出了LPCD攻击算法，即带有删除和重复的局部置乱方法，其改进算法C-LPCD和基于马尔科夫随机场(MRF)的平滑算法，可以达到比RBA更好的攻击效果。无论是RBA还是LPCD方法，在局部上都是将像素移到另一个位置上去，从而此类攻击由位置偏移向量决定。所有像素位置的偏移向量构成一个偏移向量场，这样，设计LPCD类算法等价于设计这个偏移向量场。

为了不引起感知失真，RBA攻击和LPCD攻击都引入了局部平滑限制，即作用在相邻像素上的局部偏移向量变化不能太大。但是，这两类方法都没有将所攻击的图像的结构考虑进去。从而，当应用于诸如人工景物等带有规则结构的图像时，会引起感知上明显的失真，例如对于位于同一边缘上的像素，如果其沿垂直边缘的方向的位移不一致，则原来的直边缘会变得弯曲，从而引起感知上的失真，甚至不适，这严重限制了其攻击效果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种结构自适应和结构保持的图像局部扭曲方法，设计用于局部几何攻击的偏移场，使得其能利用所要攻击图像的局部结构，从而不引起感知失真。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种结构自适应和结构保持的图像局部扭曲方法，包括以下处理步骤：

a分析图像局部结构

构建图像金字塔并分析各层局部结构；

b平滑偏移场

构建偏移场金字塔并自顶向下对偏移场做方向平滑；

c扭曲图像

使用平滑后的偏移场扭曲图像。

进一步，上述步骤a包括以下处理步骤：

a1构造图像的高斯金字塔；

a2对每层图像分析其局部边缘方向并计算出一个一致性度量。

进一步，上述步骤a2包括以下处理步骤：

a21首先计算图像的梯度▽I(i,j)＝[I_x(i,j),I_y(i,j)]，并在一个小邻域内计算结构张量J：