【正文】 .................. 26 4總 結(jié) ................................................................................................................................ 27 謝 辭 ................................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................ 30 附 錄 ................................................................................................................................... 32 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) III 摘 要 隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)圖像保存、分發(fā)介質(zhì)已由 膠片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像光盤(pán)、磁盤(pán)。本文主要對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的版權(quán)保護(hù)方面進(jìn)行了研究。 本文對(duì)數(shù)字水印的攻擊方法以及數(shù)字水印的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也作了詳細(xì)的論述，以更好地評(píng)價(jià)水印算法的特性。 迅猛發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)也正在廣泛的滲透到醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域中，采用 X 光斷層掃描技術(shù) (CT)和磁共振成像技術(shù) (MRI)進(jìn)行診斷己成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可或缺的有效輔助手段。醫(yī)學(xué)數(shù)字影像傳輸及通信DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)標(biāo)準(zhǔn)的建立，促進(jìn)了醫(yī)療影像信息的交流。只能給出認(rèn)證是否通過(guò)的結(jié)果，不能指出具體的篡改位置和程度，更不能完成對(duì)己篡改圖像的恢復(fù)；另外數(shù)字簽名的密文在傳輸中不允許任何改動(dòng)，因 為密文即使是相差 1 比特也會(huì)使解密后的數(shù)據(jù)面目全非，所以使用數(shù)字簽名的前提是信道沒(méi)有噪聲。因此，必須尋求一種新的手段來(lái)對(duì)圖像完整性保護(hù)和版權(quán)保護(hù)。后來(lái)二詞合二為一就成為“ Watermark”。 除了理論研究外，一些機(jī)構(gòu)也積極開(kāi)發(fā)了數(shù)字水印產(chǎn)品。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 數(shù)字水印技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究起步稍晚，但這一領(lǐng)域同樣也引起了許多科研人員的濃厚興趣。這些會(huì)議增加了研究者彼此間的交流，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)數(shù)字水印技術(shù)的快速發(fā)展。 數(shù)字水印的基礎(chǔ)研究主 要集中在魯棒水印算法、水印容量等方面。分析容量范圍，成為了當(dāng)前研究熱點(diǎn)。但是由于使用了圖像不重要的比特位，算法的魯棒性差，水印信息很容易被濾波、圖像量化、幾何變形等操作破壞。 利用統(tǒng)計(jì)特征的空域嵌入算法也是一類(lèi)重要的嵌入技術(shù)。在空域嵌入算法中，常用的統(tǒng)計(jì)量包括平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差和直方圖等 。此外，變換域更容易對(duì)圖像被篡改的特征進(jìn)行描繪，因此更多的算法采用 在變換域中實(shí)現(xiàn)。為了同時(shí)滿足水印的不可見(jiàn)性和魯棒性，在圖像中 DFT 系數(shù)的幅值上嵌入水印的算法通常情況下都是選擇中頻系數(shù)來(lái)嵌入水印。嵌入空間是載體的某個(gè)頻帶或某些頻帶，這些頻帶對(duì)山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 應(yīng)的變換系數(shù)遵循一定的規(guī)則被修改、替換或交換。 類(lèi)似的水印技術(shù)還被引入到離散小波變換 (DWT)域中。全文安排如下： 第一章 ，前言。 第四章 ，對(duì)整篇論文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)。 從不同角度理解數(shù)字水印技術(shù)，可以對(duì)其作出不同的描述。 （ 2）數(shù)字水印的基本特性 數(shù)字水印有很多特性，但不同的應(yīng)用對(duì)數(shù)字水印的要求是不完全一樣的，一般認(rèn)為數(shù)字水印應(yīng)該具 有下面的特性。不可感知包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：首先從感官角度來(lái)看應(yīng)該不可感知，是指水印嵌入會(huì)對(duì)宿主數(shù)據(jù)造成改變，但人光憑聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)是不會(huì)覺(jué)察出這種變化的，只是對(duì)于人的主觀感受而言的。 對(duì)于數(shù)字水印魯棒性要求的強(qiáng)弱程度是因需求而異的，在很多情況下，數(shù)字水印只需要對(duì)于可能存在的處理操作保持有穩(wěn)健性就可以了。 ④ 安全性 安全性是指數(shù)字水印的信息要難以被篡改或偽造。 其中，不可感知性、魯棒性和容量三者是互相制約的，到目前為止，沒(méi)有哪種算法能夠使三者都達(dá)到最優(yōu)，現(xiàn)在的水印嵌入算法都是根據(jù)具體問(wèn)題的需要在這三者中進(jìn)行折中。當(dāng)然也可以用于音頻中，即可聽(tīng)或不可聽(tīng)水印。穩(wěn)健水印對(duì)常見(jiàn)的各種處理操作都具備魯棒性，相比前兩種水印而言，它的應(yīng)用更廣泛，主要應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)等應(yīng)用中。 ④ 按水印的嵌入位置劃分 目前已有的算法中，水印可以嵌入在空間域或變換域中，對(duì)應(yīng)的水印成為空間域水印和變換域水印。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 數(shù)字水印系統(tǒng)的基本模型 一個(gè)完整的數(shù)字水印系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是水印的嵌入，另一部分是水印的提取。最普通的一種稱(chēng)為基本攻擊，如在圖像水印技術(shù)中，通過(guò)采用常規(guī)的圖像處理手段來(lái)對(duì)水印圖像進(jìn)行某些操作，降低圖像質(zhì)量，從而削弱或刪除其中所嵌入的水印。另一種穩(wěn)健性攻擊是在加有水印的數(shù)據(jù)中簡(jiǎn)單地加入另一個(gè)水印，利用第二個(gè)水印覆蓋的方法來(lái)消除第一個(gè)水印，這種操作幾乎不會(huì)使原始數(shù)據(jù)降低品質(zhì)。 幾何變形攻擊采用縮放、旋轉(zhuǎn)、裁剪、重采樣 手段對(duì)數(shù)據(jù) (主要針對(duì)圖像及視頻 )進(jìn)行最低的幾乎無(wú)法察覺(jué)的幾何扭曲，使數(shù)據(jù)被輕微的拉伸、平移、裁剪或旋轉(zhuǎn)，本質(zhì)上并沒(méi)有去除數(shù)據(jù)中所含的水印，但卻使得水印嵌入位置和水印檢測(cè)位置不再相符，水印檢測(cè)者不知道水印嵌入的確切位置就無(wú)法檢測(cè)出水印。 （ 4） 合法性攻擊 合法性攻擊是指攻擊者利用法律條款中的一些漏洞以達(dá)到其攻擊目的。因?yàn)閳D像的雖終 信宿是人，所以這種評(píng)價(jià)方法似乎更為可靠。,nmI 分別表示原始圖像和測(cè)試圖像的像素。(/m a xl g (10 2, ,2, nmnm nmnmnm IIIMNP S NR ?? ? 圖像保真度 ?? ??? nm nmnmnm nm IIIIF , ,22, , /)39。這是醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印的基本應(yīng)用和初始的想法。這反映在醫(yī)生對(duì)待用于醫(yī)學(xué)圖像的有損壓縮算法的態(tài)度上。由此不難看出，無(wú)論從法律上還是從經(jīng)濟(jì) 成本上考慮，任何可能對(duì)醫(yī)學(xué)圖像造成損失的操作都是不可取的。在實(shí)際醫(yī)療活動(dòng)中，病灶區(qū)直接決定了醫(yī)生對(duì)病情的判斷。 遠(yuǎn)程醫(yī)療是通過(guò)信息處理和通信技術(shù)提供異地間的信息儲(chǔ)存和處理手段以及傳送山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 聲音、圖像、數(shù)據(jù)、圖片等醫(yī)療活動(dòng)。 數(shù)字醫(yī)學(xué)成像及通信的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于病人隱私的保護(hù)是通過(guò)“基本應(yīng)用程序級(jí)機(jī)密概要”進(jìn)行保護(hù)的。 （ 3） 影像存檔與通信系統(tǒng) 影像存檔與通信系統(tǒng)（ PACS,Piture Archiving and Communication System）是醫(yī)學(xué)圖像信息管理的重要組成部分，它對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的采集、顯示、儲(chǔ)存、交換和輸出進(jìn)行數(shù)字化處理、數(shù)字化存檔管理和傳輸，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像在醫(yī)院內(nèi)外的告訴傳遞和分發(fā)，使醫(yī)生或患者隨時(shí)隨地都能獲取需要的醫(yī)學(xué)圖像，有助于實(shí)現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)醫(yī)院信息化和現(xiàn)代化發(fā)展。 （ 2） 詮釋水印 詮釋水印主要目的是講醫(yī)生的診療報(bào)告信息嵌入到圖像中。索引信息包括從診療報(bào)告中提山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 取的關(guān)鍵字和圖像特征信息。 （ 1） 醫(yī)學(xué)圖像的完整性控制 如果病人的電子病歷分發(fā)到各處，經(jīng)過(guò)不同的服務(wù)，進(jìn)行各種治療，文件會(huì)發(fā)生不同的變化，因而需要有一種機(jī)制來(lái)確保原始圖像的完整性。如果能把這些數(shù)據(jù)嵌入到圖像本身，就能確保在同時(shí)處理圖像和歷史記錄過(guò)程中不會(huì)發(fā)生差錯(cuò)。當(dāng)用戶提出檢索請(qǐng)求的 時(shí)候，服務(wù)器通過(guò)提取圖像中的水印信息與用戶請(qǐng)求信息進(jìn)行比較判斷。例如，當(dāng)發(fā)生醫(yī)療糾紛時(shí)，圖像數(shù)據(jù)是否被篡改，可以由嵌入在圖像中用于完整性認(rèn)證的水印信號(hào)來(lái)證明。 本章節(jié)主要介紹了數(shù)字水印系統(tǒng)的框架，組成，對(duì)水印的分類(lèi)及攻擊方法作了介紹，同時(shí)還結(jié)合課題對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)字水印做了全面介紹。 隨著傅里葉變換（ DFT）、離散余弦變換（ DCT）、小波變換（ DWT）等被廣泛應(yīng)用于圖像的有損壓縮中，許多魯棒性水印的算法采用了變換域算法，從而極大地提高了魯棒性。 離散余弦交換 (DCT) 離散余弦變換 (Discrete Cosine Transform， DCT)是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中常用的線性變換技術(shù)之一，也是圖像壓縮中常用的變換編碼的方法之一。另一種 DCT 數(shù)字水印算法是首先把圖像分成 88 的不重疊像素塊，在經(jīng)過(guò)分塊 DCT 變換后，即得到由 DCT 系數(shù)組成的頻率塊，然后隨機(jī)選取一些頻率塊，將水印信號(hào)嵌入到由密鑰控制選擇的一些 DCT 系數(shù)中。同時(shí)，經(jīng)過(guò)離散余弦變換后，能量集中，且算法復(fù)雜度適中，易于在數(shù)字信號(hào)處理中快速實(shí)現(xiàn)。11,0 ?????????? NvNu ????? 1 2/1)()( vcuc 1,1,0, 0o r 0 ???? ?? Nvu vu 　 離散余弦變換是圖像處理技術(shù)中幾種最基本的酉變換之一。N 為 M180。 圖像經(jīng)二維 DCT 變換后 ，其系數(shù)可以分為一個(gè) DC 分量和一系列的 AC 分量，其中， DC 分量表示平均亮度， AC 分量集中了原圖像塊的主要能量。換句話說(shuō)，對(duì)一個(gè)圖像進(jìn)行 DCT 變換，如果把水印放在低頻部分，其魯棒性會(huì)比較好。由于人眼對(duì)低頻信號(hào)非常敏感．在低頻加入過(guò)大的水印信息就不能保證水印的不可見(jiàn)性的要求，但只要選擇信息量較小，對(duì)低頻系數(shù)改變不大的水印信號(hào)即可。人眼對(duì)圖像上不同頻率具有不同靈敏度，對(duì)中頻響應(yīng)較高，而對(duì)高頻響應(yīng)較低。 （ 4）對(duì)以上得到的每一個(gè) DBC 進(jìn)行逆 DCT 變換： IDBC=IDCT(DBC)并將各方塊IDBC 合并為一個(gè)整圖 I’，即加載了水印的新圖像。下 圖是一個(gè) rgb2gray 的例子，圖 是使用此程序前的圖像，圖 是使用此程序后的圖像。 由于圖像大小是 512 512，水印圖像是 64 64，故每 8 個(gè)變換系數(shù)隱藏一位水印信息。dct239。 Wimage2=double(Wimage2)+noise0。,[3,3],)。 括號(hào)中的數(shù)字是剪切載體圖像的具體像素位置。 表 加入不同強(qiáng) 度白噪聲后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 噪聲強(qiáng)度 4 6 8 10 加入白噪聲后的 PSNR(dB) 相似度 NC 提取的水印 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 （ 2） 高斯低通濾波攻擊 表 是在窗口為 3 3，在 ?參數(shù)分別為 、 、 、 時(shí)，水印的歸一化系數(shù) NC 以及提取的水印圖像。在魯棒性測(cè)試實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，該算法對(duì)于常見(jiàn)的噪聲攻擊算法具有一 定的魯棒性，但是抗噪聲能力較抗低通濾波能力較差。旋轉(zhuǎn)攻擊屬于幾何攻擊，本次設(shè)計(jì)的抗幾何攻擊能力較差，這也是未來(lái)需要改進(jìn)的地方。因?yàn)槠漭^高的實(shí)用價(jià)值，正逐漸被應(yīng)用到各個(gè)不同的領(lǐng)域中去。主要包括數(shù)字水印的概念、密碼技術(shù)與信息隱藏技術(shù)、數(shù)字水印系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題、 數(shù)字水印的生成技術(shù)、嵌入技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、攻擊技術(shù)以及研究數(shù)字水印常用的工具 MATLAB 等。 （ 3） 此次論文是面向醫(yī)學(xué)圖像的 ，因此全面介紹了醫(yī)學(xué)圖像的特殊性，概括了醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn)，醫(yī)學(xué)圖像水印的分類(lèi)及其特點(diǎn)，使讀者能對(duì)醫(yī)學(xué)圖像水印有一個(gè)初步的了解，更好的理解本課題。下一步可以考慮將密碼學(xué)中的知識(shí)應(yīng)用到數(shù)字水印系統(tǒng)的加密上，可以更好限定 使用權(quán)限。張老師在學(xué)習(xí)和生活中都很仔細(xì)的教導(dǎo)我?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有張老師的悉心指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)很難完成。感謝他們對(duì)我的無(wú)限關(guān)愛(ài)和鼓勵(lì)，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給他們！ 祝愿母校山東建筑大學(xué)明天更輝煌！ 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 參考文獻(xiàn) [1] ,et al .Electronic watermark[J]. 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