专利名称：一种基于dwt可抗几何攻击的医学图像多重水印方法
技术领域：
本发明属于多媒体信号处理领域，涉及一种基于离散小波变换(DWT)、离散傅里叶变换(DFT)和图像视觉特征的医学图像多重数字水印技术，具体是一种基于DWT可抗几何攻击的医学图像多重水印方法。
背景技术：
随着多媒体技术和互联网技术的迅速发展，远程诊断、远程手术和合作工作会议等也医疗软硬件条件也有了质的飞跃。然而，随着电子病历(EPR)和医学图像在互联网上传播，随时可能面临着泄露个人隐私的风险。对于逐渐暴露出来的这种安全问题，医学图像水印技术可以有效的解决这个问题。传统的数字水印技术是主要用在数字媒体的版权保护。针对数字水印技术特有的不可见性和鲁棒性，可以将病人信息、医生的诊断和电子病历作为水印隐藏在CT，MRI (核磁共振成像)等医疗影像中。常见的医学图像水印通常分为三种类型1)基于非感兴趣区域(Region of non-interest, RONI)的医学图像水印。鉴于医学图像内容的敏感性，不能容忍的重大改变。因此，水印嵌入的信息常常选择嵌入在非感兴趣区域。然而，由于医学图像的RONI大多是黑色背景，故隐藏信息的容量及其有限。2)可逆水印。当使用可逆水印时，一旦嵌入的水印信息被读取，水印信息会立即被移除，医学图像恢复到原始医学图像状态。但是，大多数的可逆水印是脆弱的。因而其鲁棒性很差，并且嵌入的容量少于非可逆水印技术嵌入的水印容量。3)经典水印。此方法是将水印信息嵌入到空间域的最低位有效位(LSB)上，或嵌入到频域(DCT，DFT或DWT)的中低频系数中。然而，相较于上述两种方法，此方法嵌入的水印容量将影响到感兴趣区域的内容。所以，为了避免医生做出错误的诊断，还需要控制要嵌入的水印的信息量。此外，经典水印的鲁棒性较差，特别是抗几何攻击性。在医学数字水印研究领域，至今为止几何攻击仍是一个比较难以解决的课题，至于同时能有效抵抗常规攻击和几何攻击，这两种攻击类型的多重水印算法研究，目前尚未见报道。而实际应用中，医学图像数字水印常常同时受到这两种攻击。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于DWT可抗几何攻击的医学图像多重水印方法，通过将医学图像的视觉特征向量、加密技术和第三方的概念有机结合起来，不需要进行感兴趣区域的选取，没有容量大小的限制性问题，具有很理想的鲁棒性和不可见性，有效地解决了医学图像的多水印的嵌入问题，同时解决了医学图像应用中出现的抗击几何攻击和抗击常规攻击问题，可以有效的保护病患信息的隐秘性。为了实现上述目的，本发明是这样进行的先对医学图像进行小波变换，得到“近似系数”和“细节系数”，而根据小波理念可知，“近似系数”代表医学图像的低频特性，反映的是医学图像的主要轮廓；“细节系数”代表医学图像的高频特性反映的是医学图像的细节信息。由于小波变换本身的抗几何攻击能力较差，为此，我们先对医学图像进行小波变换 (DWT)，然后再对反映低频特性的“近似系数”再进行全局傅里叶变换(DFT)，在DFT系数中， 提取一个抗几何攻击的特征向量，并将水印技术与密码学中的Hash函数和“第三方概念” 有机结合起来，实现了基于小波变换，抗几何攻击大容量数字水印的嵌入。本发明所采用的方法包括水印嵌入和水印提取两大部分，第一部分为多重水印嵌入方法，包括(1)通过对医学图像进行小波变换，然后对近似系数进行全局DFT变换，得到图像的一个视觉特征向量V(j) ； (2)根据要嵌入的多重水印Wk(j)，k= 1,2, ...，n;n表示嵌入的水印个数，和在医学图像中提取的特征向量V(j)，通过Hash函数运算，生成二值逻辑序列Keyk(j)，然后将二值逻辑序列Keyk(j)存在第三方。第二部分为多重水印提取方法，包括C3)求出待测图像的视觉特征向量V’(j) ； (4)利用以存在第三方的二值逻辑序列Keyk(j)和待测医学图像的特征向量V’ (j)，提取出多重水印Wk’(j)。现对本发明的方法进行详细说明如下首先用Wk(j)表示要嵌入的多重水印，Wk(j) = {wk(j) |w(j) =0,1;1^ j^L, 1 η}，L代表要嵌入的一个水印长度，η 为嵌入水印的个数。原始图像记为F = {f(i, j) I f(i，j) e R ;1彡i彡Ni，1彡j彡N2)}，其中，f(i，j)表示原始+医学图像的像素灰度值，设附=N2 = N。第一部分多重水印的嵌入方法1)通过对原始医学图像进行小波变换，然后对小波变换的“近似系数”再进行全局 DFT变换，在DFT的低中频系数中，得到该医学图像的一个抗几何攻击的特征向量V(j)。先对原始医学图像F (i，j)进行DWT小波变换，得到系数矩阵ca_cd(i，j)，再对其中的“近似系数” ca (i，j)进行全局DFT变换，得到DFT系数矩阵FF(i，j)，再在低中频系数中，求得频率由低到高的DFT系数序列Y (j)，取前L个值，并通过DFT系数符号运算得到该图像的视觉特征向量V(j)，方便起见，这里一个复数看成实部、虚部(虚部只看系数)两个系数，当系数值为“正”时我们用“1”表示(含系数值为“0”的情况)，系数为负时用“0”表示，主要过程描述如下ca_cd (i，j) = DWT2 (F (i，j))FF (i，j) = DFT2 (ca (i，j))V(j) = -Sign(FF(i, j))2)根据水印Wk(j)和图像的视觉特征向量V(j)生成一个二值逻辑序列Keyk(j)。Keyk ①=V(j) Wk (j); k二 1,2”..,ηKeyk(J)是由图像的视觉特征向量V(j)和水印Wk(j)，通过密码学常用的Hash函数生成。保存Keyk(j)，在以后提取水印时需用。通过将Keyk(j)作为密钥向第三方申请， 以获得原图像的所有权。第二部分多重水印的提取方法3)求出待测医学图像的视觉特征向量V’ (j)。设待测医学图像为F’ (i,j)，经过小波变换(DWT)，再对其近似系数进行的全局傅里叶变换(DFT)，得到DFT系数矩阵为FF’(i，j)，按上述方法，求得待测图像的视觉特征向量V’ (j)；ca_cd，(i, j) = DWT2(F' (i，j))
权利要求
1. 一种基于DWT可抗几何攻击的医学图像多重水印方法，其特征在于基于小波、傅里叶变换及抗几何攻击的特征向量的提取，并将水印技术、密码学中的Hash函数特性和“第三方”概念有机结合起来，实现了在医学图像中嵌入多重数字水印的方法，该方法共分两个部分，共计四个步骤第一部分是多重水印嵌入通过对多重水印的嵌入操作，得到相应的二值逻辑序列 Keyk(J)；1)对原始医学图像进行小波变换，再对近似系数进行全局傅里叶变换，在傅里叶变换系数中，根据低中频系数的符号序列来得到该医学图像的一个抗几何攻击的特征向量 V(J)；2)利用Hash函数和要嵌入的多重水印Wk(J)，k= 0，1，2，· · ·，η ；得到二值逻辑序列Keyk(J),Keyk G)= VG) WkG);保存Keyk(j)，下面提取水印时要用到，通过把Keyk(j)作为密钥向第三方申请，以获得对原始医学图像的所有权；第二部分是多重水印提取通过二值逻辑序列Keyk(j)和待测医学图像的抗几何攻击的特征向量V’ (j)，提取出多重水印Wk’ (j)；3)对待测医学图像进行小波变换和对近似系数进行全局DFT变换；在变换系数中，根据低中频系数的符号提取出待测医学图像的一个抗几何攻击的特征向量V’ (j)；4)利用Hash函数性质，和存在第三方的Keyk(j)，提取出水印， Wk’(j)= Keyk(J) ev’(j);将Wk(j)和Wk’ (j)进行归一化相关系数计算，来确定医学图像的所有权。
全文摘要
本发明涉及一种基于DWT可抗几何攻击的医学图像多重水印方法，是先进行多水印的嵌入，包括(1)通过对原始医学图像进行DWT变换，再对其逼近子图全图DFT变换，在变换系数中提取一个能代表原始图像重要视觉特征的向量；(2)利用该特征向量和要嵌入的多个水印通过Hash函数得到相应的二值逻辑序列，并将该二值序列存于第三方。然后进行多水印提取，包括(3)对待测医学图像进行DWT变换，同样对逼近子图进行全图DFT变换，找到待测图像的一个视觉特征向量；(4)利用Hash函数性质和存在第三方的二值逻辑序列来提取多个水印。本发明有效地解决了医学图像的多水印的嵌入和抗攻击问题，可以有效的保护病患信息的隐秘性。
文档编号H04N7/30GK102510491SQ201110290959
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者李京兵, 杜文才, 陈延伟 申请人:海南大学