【正文】 題時(shí)，張老師就已經(jīng)給了我長(zhǎng)遠(yuǎn)的指導(dǎo)，教我看哪些書，查哪些資料，以及做課題時(shí)需要的思維方式。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)中的水印是本人自己設(shè)計(jì)的圖像，但在現(xiàn)實(shí)的醫(yī)學(xué)圖像水印系統(tǒng)中，病人的基本信息、醫(yī)生的診斷結(jié)果、治療方案等等會(huì)是更好的水印信息，如何用類似文本文山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 件的方式將這些醫(yī)學(xué)水印信息嵌入到醫(yī)學(xué)圖像中，將是我下一步研究醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印的重點(diǎn)。 （ 4） 全面介紹了離散余弦變換理論，總結(jié)了離散余弦變換的特征及其在圖像水印中的應(yīng)用，分析了離散余弦變換的優(yōu)點(diǎn)。由于圖像數(shù)字水印在數(shù)字水印方面具有典型的代表性，因此本文重點(diǎn)工作主要是針對(duì)圖像數(shù)字水印技術(shù)，尋找、探索新的、性能更好的、具有實(shí)用價(jià)值的水印嵌入算法。醫(yī)學(xué)圖像作為數(shù)字圖像的一種，有著一般性，但也有其特殊性，如何利用和改善現(xiàn)有的數(shù)字水印技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的保護(hù)，是目前數(shù)字水印算法研究的一個(gè)新方向。 本章小結(jié) 本章對(duì)醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印的算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì) 8 8 DCT 變換在醫(yī)學(xué)圖像盲水印技術(shù)中提出了一個(gè)應(yīng)用算法，只需要利用隨機(jī)序列就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水印的提取，而不需要借助原始圖像信息。因?yàn)樗惴ㄔ谔崛∷r(shí)．采用的是計(jì)算相關(guān)運(yùn)算而提取得，加入噪聲后，噪聲會(huì)影響相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果。 表 加入不同強(qiáng)度高斯低通濾波后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 高斯低通濾波 (窗口 3 3)? 相似度 NC 1 提取的水印 （ 3） 剪切攻擊 表 是經(jīng)過不同位置的剪切后，剪切的載體圖像以及提取的水印圖像。 水印的檢測(cè) 嵌入水印的圖像效果圖 仍然采用常用的衡量標(biāo)準(zhǔn)圖像峰值信噪比和圖像信噪比，本文中用了圖像峰值信噪比的標(biāo)準(zhǔn)定義和水印相似度參照公式可參見表 ，以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在嵌入強(qiáng)度 10，經(jīng)過試驗(yàn)該強(qiáng)度是滿足不可見前提的最大強(qiáng)度，該嵌入強(qiáng)度下的 PSNR=，效果圖可以參見圖 ，其中圖（ a）是原始水印圖像，圖（ b）是原始載體圖像，圖（ c）是嵌入水印后的圖像。 WImage3=imfilter(WImage3,H)。 此程序是對(duì)載體圖像加入白噪聲，白噪聲是數(shù)字水印攻擊的一種方式，在噪聲攻擊的程序中， 均值取 0，方差為噪聲強(qiáng)度。) 功能： MATLAB 中的 圖像 處理函數(shù)，即 block processing 的意思，對(duì)圖像進(jìn)行分塊處理。為了實(shí)現(xiàn)水印的盲提取，本山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 文中使用了隨機(jī)序列，將隨機(jī)序列嵌入到 DCT 變換之中。 原始圖像水印圖像 圖 原始圖像 圖 灰度化圖像 (2) randn( ): k1=randn(1,8)。 改 變 水 印 的 嵌入 深 度改 變 水 印信 息 形 式8 8 分 塊 處 理8 8 分 塊 處 理水 印 圖 像 J原 始 圖 像 I選 擇 加 載位 置D C T 變 換水 印 的 嵌 入I D C T 變 換含 水 印 的圖 像 圖 DCT 變換的水印嵌入框圖 離散余弦變換的水印提取 設(shè)圖像 D 為已經(jīng)加載了水印的載體圖像，現(xiàn)要將所加載的水印從 D 中提取出來 ,其過程為上述加載水印算法的逆運(yùn)算 ，圖 是水印提取的框圖： （ 1） 將 D 分解為 (M/8)(N/8)個(gè) 88 大小的方塊 BD； （ 2） 對(duì)每一個(gè) BD 進(jìn)行二維 DFT 變換 ： DBD=DCT(BD)； （ 3） 提取數(shù)據(jù)對(duì)每一個(gè) DBD，按照式 V’=1/ADBD得到 V’； （ 4） 將上面得到的所有 V’合并成一個(gè)水印整圖 。 本文擬采用對(duì)原始圖像進(jìn)行分塊 DCT 處理的方法，以增強(qiáng)水印系統(tǒng)的魯棒性和不可見性。而且低頻系數(shù)通常具有較大的值，信息嵌入后對(duì)圖像的影響小，有利于保證水印的不可見性。當(dāng)然，基于 DCT 變換域的算法也都有頻域算法的缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜。而 AC 分量又由 3山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 部分組成，即低頻部分、中頻部分、高頻部分。N 的圖像矩陣則該圖像的二維 DCT 變換可由下式表示： FDCT=NNNMMM BIANM ????2 () 其中： ??????????，其他時(shí))12(2c o s0,21,imMmiAm ? 其中 Mim,0 ?? NkknNnBk ???????????? ，其中其他時(shí)n0 ),12(2c o s0n,21, ? 方案設(shè)計(jì) 在實(shí)際的圖像壓縮中， DCT 變換的方塊尺寸 (即 MN 的大小 )的選擇與所要求的圖像質(zhì)量、壓縮比及實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度有關(guān)。酉變化是線性變化的一種特殊形式，其基本線性運(yùn)算式是嚴(yán)格可逆的，并且滿足一定的正交條件。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 下面介紹一下 DCT 變換公式，在數(shù)字圖像處理中使用的是二維離散余弦變換，對(duì)一幅 M N 的圖像，其二維 DCT 變換為： NyMxyxfvcucFNyMx 2)12(c o s2 )12(c o s),()()(),( 1010??? ?? ???????? () 其反變換為： N vyM uxvuFvcucyxfMuNv 2)12(c o s2 )12(c o s),()()(),( 1010??? ? ??????? () 其中： 1,...,1,0 ?? M? 。該算法是通過對(duì)選定的 DCT 系數(shù)進(jìn)行微小變換以滿足特定的關(guān)系，以此來表示一個(gè)比特的信息。 最早的基于分塊 DCT的一種數(shù)字水印技術(shù)方案是由一個(gè)密鑰隨機(jī)地選擇圖像的一些分塊，在頻域的中頻上稍稍改變一個(gè)三元組以隱藏二進(jìn)制序列信息。由于許多脆弱性水印系統(tǒng)要求能夠抵抗有損壓縮，這在變換域中更容易實(shí)現(xiàn)。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 3醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)算法的選擇 空間域算法主要是通過直接改變數(shù)字圖像的灰度值來加入數(shù)字水印，大多采用替換法，用秘密信息位替換載體圖像中的數(shù)據(jù) 位，主要有 LSB方法等。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 醫(yī)學(xué)水印所要研究的主要問題 總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)醫(yī)學(xué)水印的研究現(xiàn)狀，可以看出數(shù)字醫(yī)學(xué)水印技術(shù)的研究尚處于初級(jí)階段，其中還有很多問題尚待研究，這些問題主要包括 : （ 1） 如何增加隱藏信息的容量，這樣可 以把較多的病人個(gè)人信息和醫(yī)生的診斷信息隱藏在醫(yī)學(xué)圖像中。為了達(dá)到比較好的檢索效率，設(shè)計(jì)這類數(shù)字水印時(shí)，要考慮到水印提取的速度。 （ 3） 病患信息的隱蔽性 將隱私信息和診療信息嵌入到圖像當(dāng)中，不但節(jié)省了帶寬，隱蔽信息也不容易被截獲而泄露，加強(qiáng)了傳輸過程的安全性和隱蔽性，而且實(shí)現(xiàn)了患者信息，診療信息與圖像的永久性綁定，能保持診斷數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)字水印技術(shù)非常適合于對(duì)圖像進(jìn)行完整性認(rèn)證。 （ 4） 參考水印 參考水印指的是用于進(jìn)行完整性認(rèn) 證的水印。每一份診療報(bào)告都是來之不易的，特別是有的診療報(bào)告是專家會(huì)診的成果。 數(shù)字水印在醫(yī)學(xué)中的分類 為了加強(qiáng)醫(yī)療信息的機(jī)密性保護(hù)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像的有效管理、真實(shí)性認(rèn)證以及醫(yī)學(xué)圖像檢索，按在醫(yī)學(xué)圖像中實(shí)現(xiàn)的不同功能，可將水印分為以下幾類。該摘要分為去標(biāo)識(shí)符和恢復(fù)標(biāo)識(shí)符兩部分。目前在許多國(guó)家尤其是國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)已廣泛用于心臟、腦外、放射、精神病 、眼科、等多種醫(yī)學(xué)?？频脑\斷治療和疑難重病的專家會(huì)診。所以只要在加入水印的時(shí)候不改變病灶區(qū)的內(nèi)容，將傳統(tǒng)有損數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像就成為可能 。 數(shù)字水印技術(shù)是把水印信息（如認(rèn)證信息或其他任意信息）直接嵌入在圖像（或其他信號(hào)）中，在水印信號(hào)嵌入過程中，不可避免的會(huì)引起原始圖像的失真。盡管從一般意義上不難看出，圖像的有損壓縮可以大量節(jié)省圖像的存儲(chǔ)空間，且解壓后的圖像與原始圖像從視覺上看不出有什么差別，但是由于目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量圖像質(zhì)量的損失對(duì)于醫(yī)生判別圖像的影響，一旦出現(xiàn)誤診，很容易引起法律糾紛。 醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn) 如果水印技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)圖像上，提取水印信息后不能獲得原始圖像，這在法律上是會(huì)產(chǎn)生糾紛的。(1 歸一化系數(shù) ??? nm nmnmnm nm IIINC , ,2, , /39。 表 基于誤差的失真度量方法 均方差 MNIIM S E nmnm nm /)39。但由于操作要求過于復(fù)雜，且存在不確定性，如受人的心情、疲勞程度的影響等，在實(shí)際應(yīng)用中受到嚴(yán)重限制，甚至根本不適合于某些應(yīng)用場(chǎng)合。前面介紹了對(duì)數(shù)字水印的四類攻擊，但它們之間的界限有時(shí)是很模糊的，對(duì)有些攻擊方法并不能明確地將其歸于哪一類。 （ 3） 解釋攻擊 解釋攻擊中攻擊者設(shè)計(jì)出一種情況以阻止對(duì)所有權(quán)的斷言。 穩(wěn) 健性攻擊中常見的另一種攻擊稱為合謀攻擊，這種攻擊方法利用同一數(shù)字產(chǎn)品的幾個(gè)帶有不同水印信號(hào)的版本，采用統(tǒng)計(jì)平均等方法生成一個(gè)近似的集合，以此來逼近和恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生出一個(gè)檢測(cè)不出水印信號(hào)的數(shù)字產(chǎn)品。這種攻擊對(duì)加有水印的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體操作而并不是將水印區(qū)分和隔離出來。但在水印嵌入之前，為了提高系統(tǒng)的魯棒性、保密性和自適應(yīng)性，一般會(huì)對(duì)原始水印先進(jìn)行預(yù)處理，即通過 適當(dāng)?shù)淖儞Q后才作為待嵌入水印信號(hào)，其一般模型如圖 所示。在數(shù)字水印技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中，出現(xiàn)較早的水印算法多是空間域的，是通過修改空間域中采樣點(diǎn)的幅度值來嵌入水印信息的，比如：最低有效位（ LSB）方法、拼湊（ Patchwork）方法等。 ③ 按水印的檢測(cè)劃分 按水印的檢測(cè)過程可以將數(shù)字水印劃分為非盲水印、半盲水印和盲水印。 ② 按水印的穩(wěn)健性劃分 不同水印在抵抗攻擊時(shí)表現(xiàn)出的穩(wěn)健性是不同的，因此水印可 以分為脆弱水印、半脆弱水印及穩(wěn)健水印。 （ 3）數(shù)字水印的分類 數(shù)字水印的分類可以從不同的角度進(jìn)行，比較常見的有以下幾種： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 ① 按水印的感知特性劃分 對(duì)視頻或靜態(tài)圖像而言，感知性也就是可見性，水印的可見性決定它是可見水印還是不可見水印。對(duì)于有目的的攻擊，要具有抵抗力，使非授權(quán)用戶無法檢測(cè)和破壞水印。比如 當(dāng)希望產(chǎn)生脆弱水印時(shí)，甚至都不要求魯棒性的。只要不使人的視覺、聽覺等器官感受發(fā)生變化，就是不可感知的；另一個(gè)是指統(tǒng)計(jì)上的 不可感知，即：對(duì)于使用相同方法嵌入的不同作品而言，即使采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行處理，也找不到可以判定作品中是否含水印的山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 共性。 ① 不可感知性 不可感知性也可稱作透明性，是衡量信號(hào)在被處理前后的相似性。水印的嵌入在數(shù)字信號(hào)處理中可以看作是信號(hào)的疊加操作，相對(duì)而言，水印信息是弱信號(hào)，載體信息是強(qiáng)信號(hào)。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 2醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印技術(shù)概論 數(shù)字水印的概述 （ 1）數(shù)字水印的定義 數(shù)字水印技術(shù)就是指將秘密信息嵌入進(jìn)作為載體對(duì)象 的多媒體作品中，其中的載體圖像可以是圖像、音頻等不同形式，嵌入水印可以為數(shù)字產(chǎn)品提供版權(quán)歸屬信息或產(chǎn)品是否真實(shí)的證明，數(shù)字水印的嵌入不會(huì)影響原產(chǎn)品的使用價(jià)值，且不易為人的感知系統(tǒng)（視覺、聽覺等）所察覺。介紹了數(shù)字水印技術(shù)的背景以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了本文研究的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。利用小波變換的多分辨特性，嵌入的水印在不同分辨層上具有不同的魯棒性和視覺特性。載體的低頻信息反映了載體的主要輪廓，不應(yīng)有較大的失真，水印的嵌入將影響其不可見性。 [7]提出了兩種 DFT 域的水印算法。 傅里葉變換是一種經(jīng)典而有效的數(shù)學(xué)工具， DFT 域的算法有利于實(shí)現(xiàn)水印的仿射不變性。 Wong[5,6]等人提出了一種基于分塊的脆弱水印認(rèn)證算法，算法的主要思想 是把圖像分割為各個(gè)獨(dú)立的小塊，然后分別在各小塊上嵌入各自的水印，該類分塊獨(dú)立算法的缺點(diǎn)是不能抵抗偽造真實(shí)圖像的量化攻擊，其原因在于各個(gè)分塊是獨(dú)立的。這類方法的主要思想是通過修改原始載體數(shù)據(jù)使得原始載體的某些統(tǒng)計(jì)特征發(fā)生變化，檢測(cè)時(shí)只需查看水印載體的統(tǒng)計(jì)特征即可。另外一個(gè)常用方法是利用像素的統(tǒng)計(jì)特征將信息嵌入像素的亮度值中， Patchwork 算法就是隨機(jī)選擇 N 對(duì)像素點(diǎn) (a， b)后將每個(gè) a 點(diǎn)的亮度值加 I，每個(gè) b 點(diǎn)的亮度值減 1，這樣整個(gè)圖像 的平均亮度保持不變。 水印的算法的研究主要分為空域算法和變換域算法兩種，下面主要介紹針對(duì)圖像數(shù)據(jù)域的一些 算法。 90 年代中期，采用通信理論模型，將原始圖像和有意無意的攻擊看作噪聲，特別是將擴(kuò)頻通信理論引入后，水印的魯棒性大大提高，隨后提出結(jié)合感知模型、白適應(yīng)的魯棒水印算法，在此基礎(chǔ)上，提出了更精確的信息隱藏水印模型。國(guó)家 863 計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金等都對(duì)數(shù)字水印的研究有項(xiàng)目資金支持 ，充分反映了國(guó)家對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的重視。國(guó)內(nèi)許多高等學(xué)府和科研院所都開始了這項(xiàng)技術(shù)的研究，如中國(guó)科學(xué)院，