遥感影像数字水印算法研究

论文摘要

遥感影像数据是国家基础设施建设和地球科学研究的支撑性成果之一,在国家经济、国防建设中占有十分重要的地位。随着遥感影像数据生产和应用进程的不断加快,遥感影像数据的安全和版权问题也日益凸显,侵权、泄密、非法传播与使用等行为屡禁不止,仅依靠现行的安全保密措施,根本无法有效阻止与打击各种非法行为。数字水印技术作为一种崭新的信息安全技术,为遥感影像的安全保护提供了一种切实可行的解决途径。数字水印技术在数据中嵌入秘密水印信息,成为源数据不可分离的一部分,由此来确定版权拥有者、跟踪侵权行为、认证数字内容等,从而能够为遥感影像数据的安全使用提供强有力的技术支撑。本文对遥感影像水印技术的模型、算法进行了研究,主要研究工作和成果如下：(1)基于遥感影像自身的特征,阐述了遥感影像数字水印技术的特点和要求。分析了遥感影像几何攻击类型,探讨了不同几何攻击形式对遥感影像数字水印算法的影响。(2)基于对遥感影像特点的分析,提出了一种基于密钥矩阵和模板匹配的抗几何攻击的遥感影像水印算法。在不改变影像最高有效位的前提下,采用密钥矩阵嵌入水印信息,满足了遥感影像嵌入水印后数据的可用性。在水印提取过程中,采取模板匹配方法,提高了水印提取的正确性。(3)基于对遥感影像几何攻击的分析,提出了一种基于映射机制的遥感影像水印算法。通过影像数据与水印信息建立的多对一函数关系,很好地确立了水印的嵌入位置,并将一位水印信息同时嵌入到多个影像数据中。针对不同波段的遥感影像,选择了不同的映射参数。采用映射机制确定水印嵌入位置的方法,有效地解决了水印信息不同步的问题,提高了算法的鲁棒性。(4)分析了DCT变换应用于遥感影像水印中的优势,提出了一种基于伪随机序列和分块DCT的遥感影像水印算法。通过伪随机序列选取嵌入块位置,增加了水印算法的安全性,并提高了算法的效率。基于已构建的水印算法,提出了两种改进算法,能够有效抵抗遥感影像的复合攻击。(5)针对遥感影像数字镶嵌等处理涉及到的拼接和色调调整等,对抗拼接和色调调整的遥感影像数字水印进行了研究,提出了基于黄金分割法搜索的水印检测算法,提出了基于线性特性的水印检测算法,提出了基于动态量化的水印嵌入和检测算法。算法能有效抵抗拼接或色调调整攻击。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状和存在的问题
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 论文结构
• 第2章 遥感影像数字水印技术基础
• 2.1 数字水印技术
• 2.1.1 数字水印的基本原理
• 2.1.2 数字水印的基本特征
• 2.1.3 数字水印的分类
• 2.2 遥感影像概述
• 2.2.1 图像与遥感影像的概念
• 2.2.2 遥感影像的获取
• 2.2.3 遥感影像的特点
• 2.3 遥感影像数字水印的特点和要求
• 2.4 遥感影像水印技术的评价指标
• 2.5 遥感影像数字水印技术的应用
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于空间域的抗几何攻击遥感影像水印算法
• 3.1 几何攻击
• 3.1.1 全局几何攻击
• 3.1.2 局部几何攻击
• 3.1.3 抗几何攻击算法的基本策略
• 3.2 基于密钥矩阵和模板匹配的遥感影像水印算法
• 3.2.1 像素位平面
• 3.2.2 水印信息的预处理
• 3.2.3 基于密钥矩阵的遥感影像水印嵌入算法
• 3.2.4 基于模板匹配的遥感影像水印提取算法
• 3.2.5 算法说明和讨论
• 3.2.6 实验与分析
• 3.2.7 本节小结
• 3.3 基于映射机制的遥感影像水印算法
• 3.3.1 水印信息的预处理
• 3.3.2 遥感影像的水印映射机制
• 3.3.3 基于映射机制的遥感影像水印嵌入算法
• 3.3.4 基于映射机制的遥感影像水印检测算法
• 3.3.5 算法说明和讨论
• 3.3.6 实验与分析
• 3.3.7 本节小结
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于DCT抗复合攻击的遥感影像水印算法
• 4.1 DCT变换与数字水印
• 4.1.1 DCT变换
• 4.1.2 快速DCT变换
• 4.1.3 DCT变换和水印技术
• 4.2 基于伪随机序列和分块DCT的遥感影像水印算法
• 4.2.1 基于伪随机序列和分块DCT的遥感影像水印嵌入算法
• 4.2.2 基于伪随机序列的嵌入块位置选择机制
• 4.2.3 水印的检测
• 4.2.4 算法说明和讨论
• 4.2.5 实验与分析
• 4.2.6 本节小结
• 4.3 基于影像重定位和遍历检测的遥感影像水印算法
• 4.3.1 基于影像重定位和遍历检测的遥感影像水印检测算法
• 4.3.2 算法说明和讨论
• 4.3.3 实验与分析
• 4.3.4 本节小结
• 4.4 基于映射机制和DCT的遥感影像水印算法
• 4.4.1 基于映射机制和DCT的遥感影像水印嵌入和检测算法
• 4.4.2 算法说明和讨论
• 4.4.3 实验与分析
• 4.4.4 本节小结
• 4.5 含水印影像评测分析
• 4.5.1 统计分析
• 4.5.2 非监督分类分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 抗拼接和色调调整攻击的遥感影像水印算法
• 5.1 一种抗拼接的遥感影像水印算法
• 5.1.1 遥感影像拼接的特点
• 5.1.2 黄金分割法的基本原理
• 5.1.3 基于黄金分割法搜索的遥感影像水印检测算法
• 5.1.4 实验与分析
• 5.1.5 本节小结
• 5.2 一种抗亮度调整的遥感影像水印算法
• 5.2.1 亮度调整的特点
• 5.2.2 基于线性特性的遥感影像水印检测算法
• 5.2.3 实验与分析
• 5.2.4 本节小结
• 5.3 一种抗匀光处理的遥感影像水印算法
• 5.3.1 匀光处理的特点
• 5.3.2 动态量化机制的构建
• 5.3.3 基于动态量化的遥感影像水印嵌入算法
• 5.3.4 基于动态量化的遥感影像水印检测算法
• 5.3.5 实验与分析
• 5.3.6 本节小结
• 5.4 本章小结
• 第6章 遥感影像数字水印原型系统
• 6.1 系统的结构设计
• 6.2 接口设计
• 6.3 系统出错处理设计
• 6.3.1 出错信息
• 6.3.2 补救措施
• 6.4 系统的主要运行界面
• 6.4.1 系统的主界面
• 6.4.2 水印信息生成与嵌入
• 6.4.3 水印信息提取与检测
• 6.4.4 误差统计
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结和展望
• 7.1 论文主要工作和成果
• 7.2 论文主要创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的研究成果
• 致谢