数字图像水印算法设计与优化

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互联网使用的爆炸式增长使得信息传播变得越来越容易,导致了严重的版权侵权问题,例如未经授权的复制、分发和修改数字化作品。为了提高网络信息的有效利用率,版权保护变得尤为重要。作为一种广泛使用的保护技术,水印方法已应用于多媒体版权保护的许多领域。水印是一种常用的信息嵌入技术,用于保护图像,视频和音频信息。它通过不可见的修改将关键信息嵌入到需要保护的数据中。在图像水印方案中,主要的关注点有安全性、隐蔽性和鲁棒性。混沌系统因其拥有良好的伪随机性、不可预测性和初始敏感性可以用于保证水印方案的安全性;隐蔽性主要体现在嵌入水印后的信息与原信息在视觉上差异很小;鲁棒性是评估水印方案在受到各类攻击后提取出水印效果的指标。在上述三要素中,需要注意的是,提高在各类攻击下的安全性能成为提高鲁棒性的关键,特别是裁剪、旋转和色彩校正攻击等。同时,如何权衡隐蔽性和鲁棒性这一对矛盾的指标,成为图像水印方案设计的难点。此外当水印尺寸变化时,需要考虑水印方案的自适应问题。所以如何设计出适应多尺寸水印的高隐蔽性和强鲁棒性的安全水印方案成为本文的研究重点,本文的主要工作体现在以下四个方面:
  1.首先介绍了课题的研究背景,包括现阶段的水印方案概况和存在问题,然后给出了本文的创新点。接着描述了水印方案需要考虑到的因素和评价依据,总结了当前水印方案的研究现状,最后对数字图像水印中存在的几个不足进行分析,并给出了相应的解决思路。
  2.针对图像水印方案安全性问题中存在假阳性现象,提出两种基于混沌和变换域的水印方案,第一种是基于耦合帐篷-正弦映射的水印方案,其中的混沌系统既保护了宿主和水印图像,又找到了水印嵌入的位置,同时实验结果表明,该算法能够提高鲁棒性,并且隐蔽性符合要求。第二种是基于海森堡和奇异值分解的水印方案,在解决假阳性问题的时候用到了基于Logistic映射的混沌系统,并且提出的方案解决了多尺寸的水印问题,同时该方案的鲁棒性和隐蔽性都表现良好。
  3.为了提高上述方案的隐蔽性以及提高对于裁剪和旋转攻击时的鲁棒性,提出了基于奇异值分解和小波变换的水印方案。首先对宿主图像和水印图像进行了加密从而避免了假阳性问题提高了安全性,其次利用提出的搜索规则改进了上述方案中的嵌入成分,从而提高了隐蔽性和鲁棒性。实验结果表明,该算法实现了一种高隐蔽性和强鲁棒性的安全水印方案,在解决了裁剪、旋转和色彩校正攻击鲁棒性弱问题的同时,保持对其他攻击的强鲁棒性。
  4.设计出一种基于海森堡的盲水印方案,根据提出的嵌入规则,改善了嵌入成分,从而提高了算法的隐蔽性和鲁棒性。实验结果表明提出的算法在面对多种攻击都有很强的鲁棒性,特别是对裁剪、旋转、伽马校正等攻击的鲁棒性都得到了较大提升。
  
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