【正文】 最后感謝我的父母和所有關心我的人，感謝他們一直以來陪伴在我身邊并默默地支持我。 其次，我要感謝在方面都幫助過我的同學朋友，正是有了你們的幫助，我的畢業(yè)設計才能如整個畢業(yè)設計 期間，在各此順利的進行。在論文的寫作過程中，從論文的寫作措辭、格式以及論文總體框架方面都傾注了您的悉心指導。在選定課題時，張老師就已經給了我長遠的指導，教我看哪些書，查哪些資料，以及做課題時需要的思維方式。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 29 謝 辭 在論文結束之際，首先我要向我的指導 老師張君捧老師表示深深的感謝。 （ 2） 實驗中的水印是本人自己設計的圖像，但在現(xiàn)實的醫(yī)學圖像水印系統(tǒng)中，病人的基本信息、醫(yī)生的診斷結果、治療方案等等會是更好的水印信息，如何用類似文本文山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 28 件的方式將這些醫(yī)學水印信息嵌入到醫(yī)學圖像中，將是我下一步研究醫(yī)學圖像數(shù)字水印的重點。 但由于時間等的限制，以及本人學術水平有限，在未來工作中仍然存在一些需要改進的地方： （ 1） 實驗中雖然設置了密鑰，但都比較簡單，安全指數(shù)不是很高。 （ 4） 全面介紹了離散余弦變換理論，總結了離散余弦變換的特征及其在圖像水印中的應用，分析了離散余弦變換的優(yōu)點。 （ 2） 詳細介紹了數(shù)字水印的概念、基本特性、一般模型和主要分類，同時也介紹了數(shù)字水印的主要攻擊方法和對數(shù)字水印的性能評估，概括分析了目前幾種常見的數(shù)字水印算法。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，因此本文重點工作主要是針對圖像數(shù)字水印技術，尋找、探索新的、性能更好的、具有實用價值的水印嵌入算法。本文完成的主要工作如下： （ 1） 閱讀和分析了大量有關數(shù)字水印技術及應用方面的中英文獻資料。醫(yī)學圖像作為數(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)字水印技術實現(xiàn)對醫(yī)學圖像的保護，是目前數(shù)字水印算法研究的一個新方向。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 27 4總 結 水 印技術被提出后，得到了世界范圍內的廣泛關注，成為很多學者和技術研發(fā)人員研究的重點。 本章小結 本章對醫(yī)學圖像數(shù)字水印的算法進行了設計，對 8 8 DCT 變換在醫(yī)學圖像盲水印技術中提出了一個應用算法，只需要利用隨機序列就可以實現(xiàn)對水印的提取，而不需要借助原始圖像信息。在剪貼攻擊實驗山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 26 中，該算法同樣表現(xiàn)出了一定的魯棒性，同時對剪切部分還有一定的定位作用，這是因為在圖像中嵌入的信息是均勻嵌 入的，剪切必然會改變嵌入位置的值，經過二維相關運算的結果必然會受到影響，從而達到了一定的定位作用。因為算法在提取水印時．采用的是計算相關運算而提取得，加入噪聲后，噪聲會影響相關運算的結果。本人曾將嵌入強度設為 20，但會有明顯的分塊效應．經過實驗嵌入強度 10是該算法滿足不可見要求的最高強度。 表 加入不同強度高斯低通濾波后的實驗結果 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。其中，在噪聲強度分為為 10 時， PSNR 分別為 、 、 、 ， NC 系數(shù)分別為 、 、 、 。 水印的檢測 嵌入水印的圖像效果圖 仍然采用常用的衡量標準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準定義和水印相似度參照公式可參見表 ，以下實驗數(shù)據(jù)是在嵌入強度 10，經過試驗該強度是滿足不可見前提的最大強度，該嵌入強度下的 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。 (6) 剪切攻擊 Wimage2(48:96,48:96)=256。 WImage3=imfilter(WImage3,H)。gaussian39。 此程序是對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，方差為噪聲強度。 (4) 噪聲攻擊： noise0=4*randn(size(Wimage2))。) 功能： MATLAB 中的 圖像 處理函數(shù)，即 block processing 的意思，對圖像進行分塊處理。 (3) blkproc( ): cda0=blkproc(a0,[8,8],39。為了實現(xiàn)水印的盲提取，本山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 22 文中使用了隨機序列，將隨機序列嵌入到 DCT 變換之中。 功能：產生標準 正態(tài)分布 的 隨機數(shù) 或 矩陣 的函數(shù)。 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)。本次設計是基于二維 DCT 變換，而 RGB 是三維圖像，因此需要將圖片灰度化才能進行 DCT 變換，這也是此次設計的關鍵。 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 設圖像 D 為已經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算 ，圖 是水印提取的框圖： （ 1） 將 D 分解為 (M/8)(N/8)個 88 大小的方塊 BD； （ 2） 對每一個 BD 進行二維 DFT 變換 ： DBD=DCT(BD)； （ 3） 提取數(shù)據(jù)對每一個 DBD，按照式 V’=1/ADBD得到 V’； （ 4） 將上面得到的所有 V’合并成一個水印整圖 。具體方法如下 ，圖 是水印嵌入的框圖： 設 I 是 MN 大小的原始圖像， J 是水印圖像大小為 PQ， M 和 N 分別是 P 和 Q的偶數(shù)倍 ，把水印 J 加載到圖像 I 中，算法分以下幾步進行： （ 1） 將 I 分解為 (M/8)(N/8)個 88 大小的方塊 B；同時， J 也分解為 (M/8)(N/8)個 (8P/M)(8Q/N)大小的方塊 V； （ 2） 對每一個 B 進行 DFT 變換： DB=DFT(B)； 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 20 （ 3） 加載水印對每一個 DB 和 V， s(i)為從 DB 的中頻選出的加載的位置 ， 1 ≤ i ≤ (8P/M) (8Q/N)， t(i)為水印 V的位置坐標， 1 ≤ i ≤ (8P/M)(8Q/N)， DB’(s)=AV，其中 A 是加權系數(shù)，用 DB’(s)來代替 DB，得到加載水印后的圖像 DBC。 本文擬采用對原始圖像進行分塊 DCT 處理的方法，以增強水印系統(tǒng)的魯棒性和不可見性。 （ 3）根據(jù)人眼的特 性。而且低頻系數(shù)通常具有較大的值，信息嵌入后對圖像的影響小，有利于保證水印的不可見性。 經過上面的分析可知，在 DCT 變換域嵌入水印信息時，嵌入位置要考慮以下因素： （ 1）低頻系數(shù)集中了圖像信號的大部分能量，對圖像較為重要，因此在該位置嵌入水印具有足夠的魯棒性。當然，基于 DCT 變換域的算法也都有頻域算法的缺點：計算復雜。在 JPEG 壓縮時，首先拋棄的就是 AC 分量中的高頻成分，因此，所有把水印信號嵌入中低頻部分的算法一般都具有較好的抗 JPEG 壓縮、抗縮放重采樣性。而 AC 分量又由 3山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 19 部分組成，即低頻部分、中頻部分、高頻部分。實際使用時通常折中取方塊大小為 88，本章節(jié)中采用的就是 88 的 DCT 變換。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)12(2c o s0,21,imMmiAm ? 其中 Mim,0 ?? NkknNnBk ???????????? ，其中其他時n0 ),12(2c o s0n,21, ? 方案設計 在實際的圖像壓縮中， DCT 變換的方塊尺寸 (即 MN 的大小 )的選擇與所要求的圖像質量、壓縮比及實現(xiàn)的復雜度有關。 設 IM180。酉變化是線性變化的一種特殊形式，其基本線性運算式是嚴格可逆的，并且滿足一定的正交條件。通常，數(shù)字 圖像用像素方陣表示，即M=N，在這種情況下，二維離散余弦的正反變換可簡化為： NyNxyxfvcucNFNyNx 2)12(co s2 )12(co s),()()(2),( 1010??? ?? ???????? () 反變換為： N vyN uxvuFvcucNyxfNuNv 2)12(c o s2 )12(c o s),()()(2),( 1010??? ? ??????? () 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 18 其中： 11,0。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 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? 。 數(shù)字圖像可以看作二元函數(shù)在 離散網格點處的采樣值，圖像內容通常覺有某種程度的自相關性，即圖像局部的內容往往變換不大，所以，對數(shù)字圖像進行離散余弦變換可以充分利用圖像的白相關性減少數(shù)據(jù)量，達到壓縮數(shù)字圖像的目的。該算法是通過對選定的 DCT 系數(shù)進行微小變換以滿足特定的關系，以此來表示一個比特的信息。該數(shù)字水印算法對有損壓縮和低通濾波是穩(wěn)健的。 最早的基于分塊 DCT的一種數(shù)字水印技術方案是由一個密鑰隨機地選擇圖像的一些分塊，在頻域的中頻上稍稍改變一個三元組以隱藏二進制序列信息。其中， DCT 域圖像水印與國際壓縮標準更加兼容，而且算法簡單，魯棒性更強，因此本次設計選用 DCT 域算法。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現(xiàn)。雖然有較大的信息嵌入量，但因其基本原理限制，算法的魯棒性差，水印信息很容易被濾波、圖像量化、幾何變換的操作破壞。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 16 3醫(yī)學圖像數(shù)字水印算法設計與實現(xiàn) 設計算法的選擇 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。 （ 3）如何優(yōu)化嵌入水印的算法。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 15 醫(yī)學水印所要研究的主要問題 總結國內外對醫(yī)學水印的研究現(xiàn)狀，可以看出數(shù)字醫(yī)學水印技術的研究尚處于初級階段，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 以把較多的病人個人信息和醫(yī)生的診斷信息隱藏在醫(yī)學圖像中。利用易碎水印，能夠對篡改進行定位。為了達到比較好的檢索效率，設計這類數(shù)字水印時，要考慮到水印提取的速度。嵌入到圖像中的水印信息被認為是圖像的第三維特征。 （ 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，加強了傳輸過程的安全性和隱蔽性，而且實現(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。 （ 2） 認證和追蹤 醫(yī)學圖像通常要經過各科醫(yī) 生不同的處理和附言，這些內容與病人的一些其他的檢車數(shù)據(jù)，通常都記錄在附著在圖像的文檔里。數(shù)字水印技術非常適合于對圖像進行完整性認證。 數(shù)字水印在醫(yī)學