[发明专利]一种基于图像篡改定位及恢复的半脆弱性水印方法

摘要

本发明提供了一种基于图像篡改定位及恢复的半脆弱性水印方法，属于通信技术领域，用于图像信息的完整性及真实性认证。具体方法是发送方将水印信息嵌入到原始图像的像素的2bit最低有效位，其中认证水印由块像素值比较结果和块平均值的奇偶校验码组成；恢复水印为Torus映射块的灰度平均值。置乱图像采用Arnold置乱算法进行加密。在检测方，明文图像采用分层思想，进行三层篡改定位，置乱图像在第三方认证机构采用一层检测方法进行篡改定位，接收方将篡改定位结果进行解密后，进行二次定位。图像恢复利用提取的恢复水印和篡改块周围未篡改像素值进行像素值恢复。

主权项

一种基于图像篡改定位及恢复的半脆弱性水印方法，其特征在于，步骤如下：1)水印生成：将原始图像划分成2×2的图像块，分别生成认证水印和恢复水印，其中，认证水印由块像素值比较结果和块平均值的奇偶校验码组成；恢复水印为Torus映射块的灰度平均值；2)水印嵌入：将水印信息嵌入到原始图像的像素的2bit最低有效位；假设原始图像I为256灰度级，大小为M×M，其中，M为2的倍数；对原始图像I进行分块，通过Torus自同构变换得到块映射序列A→B→C→D→…→A，并进行水印嵌入，序列中的每个字母代表一个独立的图像块，即图像块A的亮度特征嵌入到图像块B中，图像块B的亮度特征嵌入到图像块C中，依此类推，直至完成嵌入；其中，认证水印和恢复水印(v,p,r)组成长度为8bit的水印信息；嵌入图像块B的4个像素点的2bit LSB中，从而得到嵌入水印后的图像块B′，以此类推，直到得到全部的嵌入水印后的图像块；3)图像Arnold置乱加密：将嵌入水印后的图像块进行Arnold置乱操作，得到置乱图像；图像块A的第一个像素点坐标为(xA,yA),依次计算出图像块A像素点的坐标分别为(xA,yA+1),(xA+1,yA),(xA+1,yA+1)，分别变换为(xA′,yA′+1),(xA′+1,yA′),(xA′+1,yA′+1)；按照图像块A的操作方式，对所有的图像块进行相同的操作，直至完成；4)明文图像的篡改检测与定位：将待检测水印图像Iw′的检测过程划分为三层：第一层检测中，将待检测水印图像Iw′划分为互不重叠的2×2的独立图像块，假设图像块B′是其中任意一块，则根据水印嵌入过程提取认证水印，然后将B′中的像素的2bit LSB置0，重新计算认证水印，比较提取的认证水印与计算的认证水印，若不一致则进行篡改标记；第2层是将待检测水印图像Iw′划分为4×4的独立图像块，根据第一层检测结果，对4×4的独立图像块进行篡改标记；第3层检测是对第二层中将4×4的独立图像块进行搜索，再次进行篡改标记；5)置乱图像的篡改检测与定位：经过Arnold置乱后的水印图像需要在不安全的第三方进行篡改检测，则在云检测系统进行秘密图像的第一层检测，检测方式与步骤4)中第一层检测一致，将第一层检测结果发送给本地安全检测系统解密后，进行二、三层篡改检测，检测过程与步骤4)中的第二、三层检测过程一致；6)基于分块的篡改恢复：将嵌入的恢复水印进行提取，对图像有篡改标记的位置进行恢复，对于恢复水印未恢复位置，采用周围未篡改块的像素值进行图像恢复；根据水印嵌入的过程进行逆向提取6bit恢复水印r，将r进行最后补0至8bit，得到r′，则r′为任意图像块B′的灰度特征；将图像块B′的像素值用r′进行替换得到恢复图像块；对第一遍操作未恢复的图像块，根据图像块周围未篡改图像块像素值进行恢复。