專利名稱：一種基于dct抗幾何攻擊的醫(yī)學(xué)圖像零數(shù)字水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多媒體信號處理領(lǐng)域，涉及一種基于DCT變換和圖像視覺特征的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印技術(shù)，具體是一種基于DCT抗幾何攻擊的醫(yī)學(xué)圖像零數(shù)字水印方法。
背景技術(shù)：
目前，醫(yī)學(xué)圖像占整個(gè)醫(yī)院醫(yī)學(xué)信息的70% 80%，數(shù)字信息管理系統(tǒng)在現(xiàn)代醫(yī)療體系中發(fā)揮了越來越重要的作用，但隨著網(wǎng)絡(luò)的推廣應(yīng)用，其信息安全問題逐漸暴露出來。醫(yī)學(xué)圖像在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，記錄在醫(yī)學(xué)圖片上的病人的個(gè)人信息，容易被泄露。若把個(gè)人信息作為數(shù)字水印嵌入在醫(yī)學(xué)圖片中，就可以較好的解決這個(gè)難題，這種水印稱為醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印。目前對醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印領(lǐng)域的研究主要集中在空間域和變換域(DCT、DFT和 DffT)兩個(gè)方面，它們分別通過改變空間域的某些象素的灰度或變換域的一些系數(shù)的值來嵌入水印。其中余弦變換(Discrete Cosine Transform, DCT)域水印方法，由于其計(jì)算量較小，且與國際數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)(JPEG，MPEG)兼容，目前研究的比較多，是現(xiàn)有大多數(shù)的頻率域數(shù)字水印算法研究的熱點(diǎn)。鑒于對醫(yī)學(xué)圖像病灶區(qū)保護(hù)的特殊性要求，一般文獻(xiàn)中常選擇將水印信息嵌入到圖像的非感興趣區(qū)域(Region of Non-Interest，RONI)。醫(yī)學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域(Region of Interest,R0I)指的是那些包含重要病理特征或診療信息的病灶區(qū)，若在該區(qū)域嵌入水印，則有可能造成錯(cuò)誤的診斷。但往往人們在尋找ROI時(shí)，要花費(fèi)很長的時(shí)間與精力，并且一旦選擇有誤，則有可能干擾醫(yī)生的診斷。在醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印研究領(lǐng)域，至今為止幾何攻擊仍是一個(gè)比較難以解決的課題，至于同時(shí)能有效抵抗常規(guī)攻擊和幾何攻擊，這兩種攻擊類型的水印方法研究，目前尚未見報(bào)道，尚屬空白。而實(shí)際應(yīng)用中，醫(yī)學(xué)數(shù)字水印圖像常常同時(shí)受到這兩種攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于DCT抗幾何攻擊的醫(yī)學(xué)圖像零數(shù)字水印方法，通過將醫(yī)學(xué)圖像的視覺特征向量、加密技術(shù)和第三方的概念有機(jī)結(jié)合起來，不需要進(jìn)行感興趣區(qū)域的選取，從而解決了水印嵌入、提取的快捷性問題，具有很理想的魯棒性和不可見性， 以保護(hù)醫(yī)學(xué)圖像的版權(quán)和病患信息的隱秘性，有效地解決病人信息的隱藏性和醫(yī)學(xué)圖像的敏感性問題，同時(shí)解決醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用中出現(xiàn)的抗擊幾何攻擊和抗擊常規(guī)攻擊問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣進(jìn)行的基于全圖DCT變換，在DCT變換系數(shù)中， 提取一個(gè)抗幾何攻擊的醫(yī)學(xué)圖像視覺特征向量，并將水印技術(shù)與密碼學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字水印的抗幾何和常規(guī)攻擊。本發(fā)明所采用的方法包括水印嵌入和水印提取兩大部分，第一部分為水印嵌入算法，包括(1)通過進(jìn)行全圖DCT變換，得到醫(yī)學(xué)圖像的一個(gè)視覺特征向量V(j)，(2)根據(jù)水印W(j)和圖像的視覺特征向量V(j)生成一個(gè)二值邏輯序列key(j)。第二部分為水印提取算法，包括C3)求出待測醫(yī)學(xué)圖像的視覺特征向量V’(j)， (4)利用二值邏輯序列key (j)和待測圖像視覺特征向量V’(j)，提取出水印W’(j)?，F(xiàn)對本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)說明如下首先用一組可以代表病患信息的二值偽隨機(jī)序列W，W= {w(j) |w(j) =0， 1 ;1彡j彡L}作為數(shù)字水印，原始圖像記為F = {f(i, j) f(i, j) e R;1彡i彡Ni， 1彡j彡N2)}，其中，w(j)和f (i，j)分別表示水印序列及原始醫(yī)學(xué)圖像的像素灰度值，設(shè) Nl = N2 = N。第一部分水印嵌入算法1)通過進(jìn)行全圖DCT變換，得到醫(yī)學(xué)圖像的視覺特征向量V(j)。先對原圖F (i，j)進(jìn)行全圖DCT變換，得到DCT系數(shù)矩陣FD (i，j)，再對DCT系數(shù)矩陣FD (i，j)，在低中頻系數(shù)中，取前L個(gè)系數(shù)，并通過DCT系數(shù)符號運(yùn)算得到該圖像的視覺特征向量V (j)，具體做法是當(dāng)DCT系數(shù)為正或零時(shí)我們用“ 1”表示，系數(shù)為負(fù)時(shí)用“0”表示，程序描述如下FD(i, j) = DCT2(F(i, j))V(j) = -Sign(FD(i, j))2)根據(jù)水印W(j)和圖像的視覺特征向量V(j)生成一個(gè)二值邏輯序列key(j)。key(j)=V(j) W⑴Key(j)是由圖像的視覺特征向量V(j)和水印W(j)，通過密碼學(xué)常用的Hash函數(shù)生成。保存key (i)，在以后提取水印時(shí)需用。通過將key(j)作為密鑰向第三方申請，以獲得醫(yī)學(xué)圖像的所有權(quán)和使用權(quán)，從而達(dá)到保護(hù)醫(yī)學(xué)圖像的目的。第二部分水印提取算法3)求出待測醫(yī)學(xué)圖像的視覺特征向量V’(j)。設(shè)待測醫(yī)學(xué)圖像為F’(i，j)，經(jīng)過全圖DCT變換后得到DCT系數(shù)矩陣為FD，(i， j)，按上述Mepl方法，求得待測圖像的視覺特征向量V’ (j)；FD，(i, j) =DCT2(F，(i，j))V，(j) =-Sign(FD，(i，j))4)在待測圖像中提取出水印W’(j)。根據(jù)在嵌入水印時(shí)生成的key(j)和待測圖像的視覺特征向量V’(j)，利用Hash 性質(zhì)可以提取出待測圖像的水印W’ (j)W'G)=keyG) V'G)再根據(jù)W(j)和W’ (j)的相關(guān)程度來判別待測圖像的所有權(quán)和隱患信息的安全性問題。本發(fā)明與現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)水印技術(shù)比較有以下優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明是基于DCT變換的數(shù)字水印技術(shù)，具有計(jì)算速度快，精度高，有較好的兼容性，有較強(qiáng)的抗幾何攻擊能力和抗常規(guī)攻擊能力；不需要人為的進(jìn)行感興趣區(qū)域的選取，從而解決了水印嵌入的快捷性問題；嵌入的水印是一種零水印，不影響原始醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量，在醫(yī)療方面具有很高的實(shí)用價(jià)值，并且該算法可適用于其他領(lǐng)域；利用第三方的概念， 適應(yīng)了現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)推廣的實(shí)用化和規(guī)范化；以下從理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明1)離散余弦變換
DCT用于圖像編碼是目前廣泛使用的JPEG壓縮和MPEG- Λ的標(biāo)準(zhǔn)。DCT是在最小均方差條件小得出的僅次于K-L變換的次最佳正交變換，是一種無損的酋變換。它運(yùn)算速度快，精度高，以提取特征成分的能力和運(yùn)算速度之間的最佳平衡而著稱。二維離散余弦正變換(DCT)公式如下
權(quán)利要求
1. 一種基于DCT抗幾何攻擊的醫(yī)學(xué)圖像零數(shù)字水印方法，其特征在于基于全圖DCT 變換，得到視覺特征向量，并將加密技術(shù)與水印技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印的抗幾何和常規(guī)攻擊，該數(shù)字水印方法共分兩個(gè)部分，共計(jì)四個(gè)步驟第一部分是水印嵌入方法通過對水印的嵌入操作，得到相應(yīng)的二值邏輯序列 key (j)；1)對原始醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全圖DCT變換，從DCT系數(shù)中，根據(jù)低中頻系數(shù)的符號序列來得到該圖的視覺特征向量V(j)；2)利用Hash函數(shù)和要嵌入的水印W(j)，得到一個(gè)二值邏輯序列key(j)， keyG)=VG) W(j)；保存key (j)，下面提取水印時(shí)要用到，通過把key (j)作為密鑰向第三方申請，以獲得對原始醫(yī)學(xué)圖像的所有權(quán)；第二部分是水印提取方法通過二值邏輯序列key (j)，和待測圖像的視覺特征向量 V’(j)，提取出水印W’ (j)；3)對待測醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全圖DCT變換，在DCT系數(shù)中，根據(jù)低中頻系數(shù)的符號提取出待測圖像的視覺特征向量V’ (j)；4)利用Hash函數(shù)性質(zhì)提取出水印，W’(i)=key(j)十V’(j);將W(j)和W，(j)進(jìn)行相關(guān)度測試，來確定醫(yī)學(xué)圖像的所有權(quán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于DCT抗幾何攻擊的醫(yī)學(xué)圖像零數(shù)字水印方法，是先進(jìn)行水印的嵌入，包括(1)通過對原始醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全圖DCT變換，在變換系數(shù)中提取一個(gè)能代表原始圖像重要視覺特征的向量；(2)利用該特征向量和要嵌入的水印通過Hash函數(shù)得到一個(gè)二值邏輯序列；然后進(jìn)行水印提取，包括(3)對待測醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全圖DCT變換，找到待測圖像的一個(gè)視覺特征向量；(4)利用Hash函數(shù)性質(zhì)和嵌入時(shí)得到的二值邏輯序列來提取水印。本發(fā)明基于DCT變換的數(shù)字水印技術(shù)，在不影響原始醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的情況下解決了水印嵌入的快捷性問題，具有計(jì)算速度快、精度高、兼容性好、抗攻擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在保護(hù)病人隱私等方面具有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號G06T1/00GK102314669SQ20111029097
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者李京兵, 杜文才, 涂蓉, 董春華 申請人:海南大學(xué)