[发明专利]一种云环境下加密医学体数据鲁棒水印实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种云环境下加密医学体数据鲁棒数字水印技术，是一种多媒体数据保护方法，属于多媒体信号处理领域。

技术背景

利用互联网可以实现远程医疗诊断，但通过互联网传输病人的医用图像时，可能会泄露病人的个人信息，为保护患者的个人隐私，使医学图像在传输过程中不被篡改，则需要对医学图像进行加密；另外，在云端存储医学图像时，为了在使用云服务时保护数据隐私，也需要对医学图像进行加密，并希望云计算能在密文域完成图像分析。而且，为了使病人的CT、MRI等医用图像上的个人信息、病人的电子病历等数据不被泄露，我们需要将这些信息作为水印嵌入到加密的医学图像中。图像加密和数字水印的结合既能保证安全传输，又能实现信息认证，在实际应用中具有十分重要的用途。

数字水印技术最初是用于数字媒体的版权保护，现在利用数字水印的不可见性、鲁棒性等特点，可以把病人的个人信息隐藏在其医学图像中，以保证它在互联网上的安全传输。因此，在数字图像被广泛应用于网络传输中的情况下，在针对数字图像加密和数字水印结合算法的研究变得极为重要。

目前对于加密图像的数字水印算法的研究较少，对于抗几何攻击的加密体数据的数字水印算法的研究更少。而三维体数据在医学图像中大量存在，如：CT、MRI图像都是由切片组成的体数据，因此研究如何在加密体数据中嵌入数字水印意义重大，并且对于医学体数据，一般是不允许修改其内容的。这又为在体数据中嵌入水印提高了难度。

总之，在三维加密体数据中嵌入可抗旋转、缩放、平移、剪切、扭曲等几何攻击的数字水印的方法，目前尚属空白，未见公开报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种云环境下加密医学体数据鲁棒水印实现方法，实现既能抗击几何攻击又能抗击常规攻击的加密体数据数字水印嵌入与提取方法，它有较高的鲁棒性，并且水印的嵌入不影响原始加密体数据的体素数据值，是一种零水印方案，从而较好的保护了三维体数据。

本发明的原理是：首先对体数据在频域进行符号加密，然后对加密后的体数据进行全局3D-DCT变换，在3D-DCT变换系数中提取一个抗几何攻击的特征向量，并将水印与该特征向量相关联，利用加密图像特征向量的鲁棒性实现数字水印的常规攻击和几何攻击。

为了实现上述目的，本发明是这样进行的：首先对体数据进行三维DCT，应用Logistic Map产生一组实数值混沌序列，然后通过定义一个阈值函数得到一个符号序列，将体数据的DCT系数与符号序列进行点乘，再进行DCT反变换，实现在频域对体数据的加密。本发明所采用的方法包括体数据的加密、水印的嵌入、提取三大部分，第一部分为体数据的加密，包括：(1)通过Logistic Map产生混沌序列X(j)；(2)利用实数值混沌序列X(j)，通过定义一个阈值函数Sign而得到一个符号序列，按体数据三维矩阵F(i,j,k)的大小构成符号矩阵S(i,j,k)；(3)对体数据F(i,j,k)进行3D-DCT变换，得到系数矩阵FD(i,j,k)；(4)将体数据的DCT系数矩阵与符号矩阵S(i,j,k)进行点乘，得到I(i,j,k)；(5)对I(i,j,k)进行3D-DCT逆变换，得到加密后的体数据EF(i,j,k)。第二部分为水印的嵌入，包括：(6)通过对加密体数据进行全局三维DCT变换，得到一个抗几何攻击的特征向量V(j)，(7)根据二值水印BW(i,j)和提取的加密体数据的特征向量V(j)，经过Hash函数运算，生成一个二值逻辑密钥序列Key(i,j)，然后将二值逻辑序列Key(i,j)存在第三方；第三部分为水印的提取，包括：(8)求出待测加密体数据的特征向量V’(j)，(9)利用存在于第三方的二值逻辑密钥序列Key(i,j)和待测加密体数据的特征向量V’(j)，提取出水印BW’(i,j)。

现对本发明的方法进行详细说明如下：

首先选择一个有意义的二值图像作为要嵌入医学体数据的水印，记为W＝{w(i,j)|w(i,j)＝0,1；1≤i≤M1,1≤j≤M2}；同时，选取Matlab中自带的一个MRI体数据作为原始医学体数据，表示为：F＝{f(i,j,k)|f(i,j,k)∈R；1≤i≤M,1≤j≤N，1≤k≤P}。其中，w(i,j)和f(i,j,k)分别表示水印的像素灰度值和原始医学体数据的体素(Voxel)数据值，这类似二维图像中的像素灰度值，方便起见，设M1＝M2，M＝N。

第一部分：体数据的加密

1)通过Logistic Map生成混沌序列；

由初始值x₀通过Logistic Map混沌系统生成混沌序列X(j)。