基于Gabor滤波器组与DWT变换的遥感影像感知哈希认证方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地理信息安全领域，具体设及基于G油or滤波器组与DWT变换（离散 小波变换）的遥感影像感知哈希认证方法，通过自适应的G油or滤波器组与DWT变换在不 同尺度下提取遥感影像不同区域的边缘特征，经PCA(主成分分析）方法压缩后生成影像的 感知哈希序列。在认证端，通过感知哈希序列之间的匹配实现遥感影像基于内容的完整性 认证。
【背景技术】
[0002] 遥感影像作为获取地表环境、资源等地学专题信息的重要载体，在传输与使用过 程中很容易受到各种有意或者无意的"篡改"。传统认证技术主要基于密码学化sh函数实 现数据认证。化sh函数对数据的变化过于敏感，应用于遥感影像的认证时具有较大局限性。 感知哈希能够将具有相同感知内容的多媒体数字表示唯一地映射为一段数字摘要，与化sh 函数有着显著区别；感知哈希能够对不改变图像内容的操作保持一定鲁椿性。
[000引近些年，一些新颖的感知哈希算法相继被提出。ZJTang(Robustimage hashfunctionusinglocalcolorfeatures[J].AEU-InternationalJournalof ElectronicsandCommunications, 2013, 67 (8) : 717-722.)提出一种彩色图像的感知 哈希算法。YCChen等人（RobustimagehashingusinginvariantsofTchebichef moments[J].Optik-InternationalJournalforLightandElectronOptics, 2014.) 提出一种基于径向Tchebichef矩不变量的感知哈希算法。RSun等人（Se州reand robustimagehashingviacompressivesensing[J].MultimediaToolsand Applications, 2014, 70:1651-1665.)提出一种基于压缩感知和傅立叶-梅林变换的感知 哈希算法。
[0004] 遥感影像有着空间数据独有的特征，遥感影像感知哈希算法的设计也应依据其数 据特性和应用环境。本发明W经过校正处理的遥感影像为研究对象，利用G油or滤波器能 够在不同方向和频率增强图像的特点，提出一种基于Gabor滤波器组与DWT变换的遥感影 像感知哈希认证方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于；针对遥感影像信息分布不均匀、认证精度要求较高W及边缘 特征在遥感影像中的占据着重要地位等特点，利用G油or滤波器能够在不同尺度和频率 增强图像的特性，基于"自适应"策略在不同尺度下提取遥感影像不同区域的边缘特征生成 感知哈希序列，对遥感影像局部的细节篡改进行有效识别，同时能够对保持内容不变的影 像操作具有鲁椿性，实现高效的遥感影像的完整性认证。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：
[0007] 基于G油or滤波器组与DWT变换的遥感影像感知哈希认证方法，能够自适应地根 据遥感影像不同区域的信息丰富程度在不同的尺度下提取影像不同区域的内容特征，其特 征在于，该方法首先对遥感影像进行隐形格网划分，将影像划分为大小相等且互不重叠的 区域；然后，根据格网信息滴自适应地决定Gabor滤波器组的参数，继而对格网单元进行不 同尺度的滤波；接下来，对滤波结果进行二级DWT变换，提取变换之后的中频信息作为格网 单元的边缘特征，经过PCA方法分解压缩后，生成感知哈希序列；最后，通过比较待认证影 像与原始影像的感知哈希序列之间的归一化Hamming距离来实现完整性认证，如果归一化 Hamming距离高于阔值，说明待认证影像的内容受到了篡改。
[000引上述方法的具体步骤如下：
[0009] 步骤一，将原始影像进行预处理，划分为WXH的格网，其中W和H为大于0的整数， 具体取值根据实际影像大小而定，通过加权平均法将每个格网统一变为具有255阶的灰度 图像，并通过双线性差值调整格网单元的大小，调整之后格网单元大小为m像素Xm像素， m为大于0的整数；
[0010] 步骤二，基于自适应策略确定G油or滤波器组的参数；根据不同区域的信息滴自 适应地决定G油or滤波器组的参数，对于信息滴较小的格网单元，采用大尺度、4个方向的 滤波器组；对于信息滴较大的格网单元，采用小尺度、8方向的滤波器组；
[0011] 步骤S，对相应的格网单元进行Gabor滤波，并进行两级DWT变换，提取变换后的 中频系数构造=个中频系数矩阵；
[0012] 步骤四，基于"极大值规则"对中频系数矩阵进行融合后，采用PCA方法对融合后 的中频系数矩阵进行压缩与去噪，得到该格网单元的感知哈希序列，串联格网单元的哈希 序列后就可W得到影像整体的感知哈希序列；
[0013] 步骤五，基于"阔值匹配"的方法来比较待认证影像与原始影像的哈希序列之间 的差异来实现完整性认证；如果两者的差异高于设定的阔值，说明待认证影像的内容发生 了较大的变化，可W认为遭到了某种篡改；反之，说明待认证影像的内容没有发生明显变 化。
[0014] 本发明利用G油or滤波器组能够在不同频率和尺度增强图像的特点，在不同的尺 度下提取遥感影像不同区域的边缘特征生成感知哈希序列，能够有效检测遥感影像局部的 细节篡改，并对不改变影像边缘特征的操作保持鲁椿性，实现遥感影像基于内容的认证，为 遥感影像的有效运用提供有力安全保障。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明方法的水印嵌入流程图；
[0016] 图2是测试影像；
[0017] 图3是影像局部篡改实例，（a)原始格网，化）篡改实例1，（C)篡改实例2,（d)篡 改实例3,（e)篡改实例4,讯篡改实例5 ;
[001引图4是篡改定位实例。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0020] 本发明利用G油or滤波器能够在不同方向和频率增强图像的特点与边缘特征 在遥感影像利用中的重要作用，首先基于自适应策略通过影像各格网区域的信息滴确定Gabor滤波器的参数，而后对相应的影像区域进行滤波，并通过DWT变换提取边缘特征，经 过PCA方法压缩与去噪，生成影像感知哈希系列。
[0021] 如图2,本实施实例选择一幅大小为2500X2500的3波段Tiff格式遥感影像为实 验数据，按照本发明进行基于内容的完整性认证，给出本发明的一个实施例，进一步详细说 明本发明。
[0022] 步骤一；影像预处理；
[0023] 将原始影像进行WXH的格网划分，并对每个格网单元进行如下操作：通过加权平 均法将每个格网统一变为具有255阶的灰度图像，并通过插值将格网大小调整为mXm，此 举旨在使算法能够根据影像不同区域的信息丰富程度决定滤波器组的参数，并一定程度上 增强算法的运行效率。该里的格网划分操作，不仅仅为可能的篡改进行定位，更重要的是， 通过格网划分就将影像划分成互不重叠的区域，就可W根据不同区域的信息滴自适应地决 定G油or滤波器组的参数。格网划分的粒度应当综合考虑计算效率、影像实际大小、篡改 定位粒度等多方面因素。
[0024] 步骤二：自适应确定G油or滤波器参数；
[0025] 在步骤一的基础上，根据格网单元的信息滴自适应地确定G油or滤波器组的参 数。遥感影像不同区域包含的信息量往往千差万别，信息丰富的区域往往需要更为严格的 认证。本发明采用信息滴衡量格网单元的信息量。格网单元Qu的信息滴可W通过公示（1) 计算得出：
[0026]
【主权项】
1.基于G油or滤波器组与DWT变换的遥感影像感知哈希认证方法，能够自适应地根 据遥感影像不同区域的信息丰富程度在不同的尺度下提取影像不同区域的内容特征，其特 征在于，该方法首先对遥感影像进行隐形格网划分，将影像划分为大小相等且互不重叠的 区域；然后，根据格网信息滴自适应地决定Gabor滤波器组的参数，继而对格网单元进行不 同尺度的滤波；接下来，对滤波结果进行二级DWT变换，提取变换之后的中频信息作为格网 单元的边缘特征，经过PCA方法分解压缩后，生成感知哈希序列；最后，通过比较待认证影 像与原始影像的感知哈希序列之间的归一化Hamming距离来实现完整性认证，如果归一化 Hamming距离高于阔值，说明待认证影像的内容受到了篡改。
2.根据权利要求1所述的基于G油or滤波器组与DWT变换的遥感影像感知哈希认证方 法，其特征在于，所述认证方法的具体步骤如下： 步骤一，将原始影像进行预处理，划分为WXH的格网，其中W和H为大于0的整数，具 体取值根据实际影像大小而定，通过加权平均法将每个格网统一变为具有255阶的灰度图 像，并通过双线性差值调整格网单元的大小，调整之后格网单元大小为m像素Xm像素，m为 大于0的整数； 步骤二，基于自适应策略确定G油or滤波器组的参数：根据不同区域的信息滴自适应 地决定G油or滤波器组的参数，对于信息滴较小的格网单元，采用大尺度、4个方向的滤波 器组；对于信息滴较大的格网单元，采用小尺度、8方向的滤波器组； 步骤=，对相应的格网单元进行Gabor滤波，并进行两级DWT变换，提取变换后的中频 系数构造S个中频系数矩阵； 步骤四，基于"极大值规则"对中频系数矩阵进行融合后，采用PCA方法对融合后的中 频系数矩阵进行压缩与去噪，得到该格网单元的感知哈希序列，串联格网单元的哈希序列 后就可W得到影像整体的感知哈希序列； 步骤五，基于"阔值匹配"的方法来比较待认证影像与原始影像的哈希序列之间的差异 来实现完整性认证；如果两者的差异高于设定的阔值，说明待认证影像的内容发生了较大 的变化，可W认为遭到了某种篡改；反之，说明待认证影像的内容没有发生明显变化。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Gabor滤波器组与DWT变换的遥感影像感知哈希认证方法：利用Gabor滤波器能够在不同方向和频率增强图像的特点以及边缘特征在遥感影像利用中的重要作用，首先对遥感影像进行格网划分，然后基于“自适应策略”，根据格网单元的信息熵自适应地确定Gabor滤波器组的参数，继而采用DWT变换与PCA方法提取并压缩格网单元的边缘特征，最终生成影像的感知哈希散列；通过比较影像感知哈希序列之间的归一化Hamming距离来实现遥感影像的认证过程。本发明实现遥感影像基于内容的认证，能够有效检测遥感影像局部篡改，并对保持内容不变的影像操作具有鲁棒性，为遥感影像的有效利用提供有力安全保障。
【IPC分类】G06T1-00
【公开号】CN104715440
【申请号】CN201510105479
【发明人】朱长青, 丁凯孟, 任娜
【申请人】南京师范大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月10日