[发明专利]基于四元数PHFM的三图像零水印构造方法和检测方法

说明书

本发明公开了基于四元数PHFM的三图像零水印构造方法和检测方法，属于数字多媒体防伪和信息安全保护领域，解决的问题是如何实现同时对三幅同类的数字医学图像进行版权保护；其方法包括构造上述三幅医学图像的四元数极谐Fourier矩；基于选取的矩的幅值计算二维特征矩阵；构造感知哈希序列；构造Logistic混沌映射序列并得到混沌序列；生成零水印图像。其检测方法包括构造三幅待检测的医学图像的四元数极谐Fourier矩；基于选取的矩的幅值计算二维特征矩阵；构造感知哈希序列；构造Logistic混沌映射序列并得到混沌序列；提取水印图像。该方法可对三幅医学图像进行版权保护，且不会对原始医学图像进行修改。

技术领域

本发明涉及数字多媒体防伪和信息安全保护领域，具体地说是基于四元数 PHFM的三图像零水印构造方法和检测方法。

背景技术

当前医院医疗数字信息化建设进程加快，诸如计算机断层(CT)成像、超声成像(US)、核磁共振成像(NMRI)等数字医学影像作为医生判断患者健康状况的重要参考依据，这些图像在网络传输时很可能会遭受到被信息截获或被故意篡改等安全问题。增强数字医疗信息系统的健壮性，尤其有效保证医学图像的可靠性、可用性和保密性已成为目前亟待解决的问题。

数字水印技术是有效解决该问题的技术手段之一。利用数字水印技术将具有标志性或有意义的数字信息嵌入到医学图像中，其特有的鲁棒性和安全性保证图像在经历数据信息处理后，仍能够可靠完整地提取出水印标志，实现其版权保护、完整性认证等作用。然而嵌入的水印信息会破坏医学图像的完整性，由于医学图像包含了一些重要的病理信息，任何较小的改动都会影响医生对病理的判断，故而设计一种无损的医学图像版权保护方式至关重要。

在实际应用中可能需要对多幅同样的数字医学影像分别进行版权保护，例如，在CT图像中，身体同一部位通常会被采集成多幅图像，上述多幅图像均需进行版权保护，但现有的零水印方案主要是面向一幅图像进行版权保护，虽然可以重复用于多幅图像，但是在重复操作中会耗费大量时间、占用大量的存储空间。

如何实现对多幅同样的数字医学影像进行版权保护，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是提供一种基于四元数PHFM的三图像零水印构造方法和检测方法，来解决如何同时实现对三幅同类医学图像进行版权保护的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：

基于四元数PHFM(英文全称为Polar Harmonic Fourier Moments，中文翻译为极谐傅里叶矩)的三图像零水印构造方法，用于同时使用三幅医学图像构造零水印图像，三幅医学图像的大小均为N×N，水印图像的大小为P×Q，包括如下步骤：

S100、计算上述三幅医学图像的四元数极谐Fourier矩；

S200、基于密钥选取P×Q个四元数极谐Fourier矩，并基于选取的四元数极谐Fourier矩的幅值计算二维特征矩阵；

S300、对二维特征矩阵逐列比较列向量中每个幅值和列向量幅值平均值的大小，构造感知哈希序列；

S400、构造Logistic混沌映射序列并将其转换为二值序列，对二值序列和感知哈希序列进行异或操作得到混沌序列；

S500、将混沌序列与水印图像进行异或操作，生成零水印图像。

进一步的，步骤S100中，以三幅医学图像作为四元数的三个虚部，计算上述三幅医学图像的四元数极谐Fourier矩。

进一步的，步骤S200包括如下分步骤：

S210、根据密钥从上述四元数极谐Fourier矩中随机选取P×Q个矩；

S220、计算上述选取的四元数极谐Fourier矩的幅值作为图像特征；