[發明專利]建立本福德定律閾值庫提高半脆弱水印認證檢測率的方法

在審

• 申請號: 201510022928.4
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104700345A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 趙希;楊巨成;趙婷婷;陳亞瑞;劉建征;張傳雷;王曉婧
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

技術領域

本發明屬于圖像認證領域，涉及半脆弱水印圖像算法，尤其是一種基于本福德定律來建立閾值庫，并提高半脆弱水印圖像篡改位置認證檢測率的方法。

背景技術

數字水印中的半脆弱水印用于圖像內容完整性和真實性的認證，它能把圖像有可能經歷的變化分成兩類：非惡意操作和惡意攻擊(即篡改)。通常來說，非惡意操作主要指圖像在傳輸與存儲過程中所產生的可以容忍的更改，如少量圖像壓縮、增強、濾波等，此時水印體現一定的魯棒性。而惡意攻擊則指對圖像內容上的更改，如剪切、涂改等，此時水印具有一定的脆弱性，在惡意攻擊下會隨之改變。因此，通過和原有水印相互比較，我們可以判定圖像被篡改的位置。

申請人在前期工作中發現，圖像認證檢測中的誤檢率和漏檢率是一個進退維谷的關系，并在一個固定閾值下達到平衡。如圖4所示，在圖像認證檢測中，隨著檢測閾值的增大，誤檢率隨之升高，相反，漏檢率會隨之降低。通常當圖像按某個固定比率壓縮時，如QF＝75，用一個固定的閾值就可以盡可能的降低誤檢率和漏檢率。然而，當QF變為95，這個固定閾值就不再適用。因為在圖像傳輸中，其壓縮比是不可預測的，所以在圖像檢測過程中，最佳閾值也是不固定的。因此，只要檢測系統預先檢測出圖像的非惡意操作程度(壓縮、增強、濾波)，并據此調節出最佳檢測閾值，就能最大限度降低誤檢率和漏檢率，達到最佳檢測效果。

本福德定律指自然數居首位數的出現率存在一定規律，越小的數字出現率越高(1出現的概率是31％，2出現的概率是18％，依次類推，9出現的概率只有不到5％)。因為其應用的數據不能是有規律排序或經過人為修改的，所以可用于檢查各種數據的真實性。

在圖像處理方面，申請人通過分析JPEG2000圖像頻率域中DWT系數，發現JPEG2000圖像壓縮比率也遵從本福德定律。美國新澤西理工大學的施云慶教授帶領的團隊Fu等人在研究中提出廣義的本福德定律，通過分析圖像壓縮后的DCT系數的首位數(自然數1-9)來估算JPEG壓縮比率。

前文提到的半脆弱水印在圖像認證中，用固定閾值的檢測存在一定局限性。而利用本福德定律可以分析圖像經受的非惡意操作程度，因此，申請人利用此特點，在半脆弱水印算法的基礎上，研究自適應閾值調節方法，以此提高圖像檢測率。

通過檢索，發現目前大部分水印算法并沒有對檢測的誤檢率和漏檢率及其與非惡意操作的關系進行詳細的分析，而且對于圖像經受的非惡意操作默認為固定值的壓縮，并沒有指出?非惡意操作的不可預知性以及其對水印所產生的影響，而使用固定檢測閾值對圖像進行認證具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種建立本福德定律閾值庫提高半脆弱水印認證檢測率的方法，根據本方法建立的閾值庫，可以得到圖像檢測的最佳閾值，進而提高了半脆弱水印圖像篡改位置的檢測率，適用于不同程度各種非惡意操作及多種非惡意操作同時存在的情況。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種建立本福德定律閾值庫提高半脆弱水印認證檢測率的方法，通過對測試圖像進行與水印嵌入時一致的頻率域變換得到其相應的系數，然后分析這些系數并在閾值庫里搜索匹配，進而得到最適合此圖像檢測的閾值對圖像進行檢測。

而且，具體步驟如下：

⑴獲取圖像系數：通過對測試圖像進行與水印嵌入時一致的頻率域變換得到其相應的系數；

⑵分析：按系數首位出現率的規律生成曲線圖；

⑶匹配：利用誤差平方和SSE將步驟⑵生成的曲線圖與閾值庫中由變量組生成的曲線圖組進行對照，當誤差平方和為最小值時，判定二者匹配；

⑷根據匹配的變量組找到閾值庫中相對應的最佳閾值；

⑸利用所得最佳閾值對圖像進行檢測。

而且，所述閾值庫其建立方法為：

⑴建立圖像庫：選取英國諾丁漢特倫特大學提供的圖像庫中1338張無壓縮、分辨率為512×384的灰度圖像，以及圖像處理研究中常用的30張試驗用圖像；

⑵嵌入水印：選取50～100個具有代表性的半脆弱水印算法，在所選每一圖像上均分別嵌入該50～100個半脆弱水印算法；

⑶非惡意處理：首先通過實驗對非惡意操作及其程度進行認定，然后利用一種非惡意操作或多種非惡意操作結合，并采用不同操作程度對每一圖像分別進行處理；

⑷頻率域轉換：采用與步驟⑵水印嵌入時相同的頻率域對經非惡意處理的圖像進行頻率域變換，獲取其頻率域系數；

⑸判定：檢查所獲取的頻率域系數首位出現率的規律是否符合本福德定律；