[發(fā)明專利]一種基于Zernike矩的魯棒哈希圖像認(rèn)證方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710028682.7
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN101079101A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉紅梅;何妙誼;黃繼武
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 廣州市深研專利事務(wù)所
• 代理人: 陳雅平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像認(rèn)證技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Zernike矩的魯棒哈希圖像認(rèn)證方法。

背景技術(shù)

數(shù)字圖像簽名技術(shù)的其中一個重要標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)的穩(wěn)健性。也就是針對數(shù)字圖像的特殊性，要求系統(tǒng)在能對惡意篡改作出準(zhǔn)確判斷以外，還要能接受圖像的一般改變，如加噪、幾何變換、濾波、壓縮等。而從圖像認(rèn)證的流程分析，如果能提取恰當(dāng)?shù)奶卣鳎瑒t一可實現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)，二可利用已有的完整的系統(tǒng)，更好地與已經(jīng)投入使用的系統(tǒng)兼容。目前各國學(xué)者已經(jīng)對不同的圖像特征進(jìn)行了嘗試，從低層次的圖像特征，如顏色，紋理等到高層次的圖像特征，進(jìn)而開始嘗試變換域系數(shù)、矩等，并且不同領(lǐng)域的知識也相互進(jìn)行了借鑒，如圖像識別、圖像恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫檢索領(lǐng)域的進(jìn)展也促進(jìn)了數(shù)字圖像簽名領(lǐng)域的發(fā)展，同樣地，數(shù)字圖像簽名的很多成果，也在其他相關(guān)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

矩可以描述圖像全局信息，并且隨著階數(shù)的不同描述圖像不同的信息，如零階矩表示圖像面積，一階矩表示重心，二階矩表示方向。因此矩是一種有較好性能的圖像特征。自從Hu于1962年提出矩的不變性[文獻(xiàn)1、2]以來，各種矩以及矩的函數(shù)已逐漸成為模式分析的常用方法，被廣泛地應(yīng)用于模式識別、圖像描述、邊界檢測、物體定向及圖像分析等[文獻(xiàn)3、4、5]各個領(lǐng)域。這些基于矩的描述子大致說來可以分為：(1)幾何矩；(2)正交矩；(3)旋轉(zhuǎn)矩；(4)復(fù)數(shù)矩。它們之間相互關(guān)聯(lián)，各有特點，分別適用于不同的場合。而Zernike矩是正交矩的一種，比起其他矩有更小的冗余性，并且具有旋轉(zhuǎn)不變性的良好性質(zhì)[文獻(xiàn)6]，因此本文考慮將Zemike矩用到數(shù)字圖像的的特征提取中。

Hash(哈希)是一種已被廣泛應(yīng)用于加密領(lǐng)域的技術(shù)。單向hash函數(shù)在文本信息認(rèn)證中，用于產(chǎn)生信息摘要。Hash函數(shù)主要可以解決一下兩個問題：某一特定的時間內(nèi)，無法查找經(jīng)HASH操作后生成特定Hash值的原報文；也無法查找兩個經(jīng)Hash操作后生成相同Hash值的不同報文。這樣在數(shù)字簽名中就可以解決驗證簽名和用戶身份驗證、不可抵賴性的問題。在圖像領(lǐng)域，hash函數(shù)也有著廣泛的應(yīng)用。各領(lǐng)域的學(xué)者們研究分析了不同的hash函數(shù)，將它應(yīng)用于水印、模式識別等各個領(lǐng)域。在文獻(xiàn)[7]中，作者提出把提取的hash值作為數(shù)字水印嵌入到載體中實現(xiàn)水印算法的穩(wěn)健性。文獻(xiàn)[8]中提出用離散傅立葉極坐標(biāo)變換和加密算法產(chǎn)生hash值，生成的hash值可以對抗集合變換和濾波操作，并且對惡意攻擊敏感。文獻(xiàn)[9]分析了多個常用的hash算法的安全性，提出了一種數(shù)學(xué)的框架，并從數(shù)學(xué)上討論了安全性與穩(wěn)健性的平衡。文獻(xiàn)[10]提出用迭代的幾何算法計算穩(wěn)健的hash值，試驗結(jié)果顯示這種算法能抵抗標(biāo)準(zhǔn)的benchmark攻擊。

一、Zernike矩的相關(guān)理論。

Zernike矩是基于圖像區(qū)域的形狀描述子，它的基是正交徑向多項式，和其他的形狀描述子相比，除具有旋轉(zhuǎn)不變性，易構(gòu)造高階矩、冗余性小的優(yōu)點外，通過變換，還可具有比例和平移不變性[文獻(xiàn)11]。

1934年，Zernike提出了一組定義在極坐標(biāo)下單位圓(x²+y²≤1)上的復(fù)數(shù)多項式，假設(shè)這個多項式集合為{V_nm(x，y)}，則

V_nm(x，y)＝V_nm(ρ，θ)＝R_nm(ρ)exp(jmθ)，

其中n是正整數(shù)或零，m是正整數(shù)或負(fù)整數(shù)，滿足n-|m|是偶數(shù)，且|m|≤n，而ρ是極半徑，θ是ρ與x軸在逆時針方向上形成的夾角。R_nm(ρ)定義為