[发明专利]一种基于双图可逆脆弱水印的图像篡改检测方法

权利要求书

1.一种基于双图可逆脆弱水印的图像篡改检测方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

(1)可逆脆弱水印的嵌入和提取

(1.1)脆弱水印的嵌入；

使用两张相同宿主图像，第一张宿主图像I₁嵌入B进制水印信息，B≥3，第二张图像I₂嵌入B进制失真信息，每对像素嵌入两个B进制水印信息，又因第二张宿主图像嵌入的为失真信息，此时载荷为log₂B/2比特每像素bpp，现给定大小为H×W的宿主图像和长度为L的二进制水印信息，将水印信息转化为B进制数字，转化后，水印信息的进制B应满足公式(1)：

根据SOS算法构建B进制对应的参考矩阵MB，依次将B进制水印信息嵌入宿主图像I₁生成水印图像I₁′，B进制失真信息嵌入宿主图像I₂生成水印图像I₂′，其中，两张相同宿主图像I₁,I₂中的两个相同像素对分别为(p_i,p_i+1)和(q_i,q_i+1)，B进制水印信息(d_i,d_i+1)_B，i∈1,H×W；矩阵MB的小为B×B，且包含不重复的所有可能的两个B进制数的组合；

(1.2)脆弱水印的提取以及图像恢复；

在没有溢出的情况下，水印信息的提取需要I₁的水印图像I₁′和嵌入时使用的矩阵MB，提取时按照嵌入顺序每次对一对像素进行操作，从I₁′的一对像素(p_i′,p_i+1′)中提取信息时，计算MB(p_i′％B，p_i+1′％B)提取d_i，计算MB(p_i′％B，(p_i+1′+1)％B)提取d_i+1；

图像恢复时需要I₁′、I₂的水印图像I₂′和矩阵MB，其中I₁′,I₂′的一对像素分别为(p_i′,p_i+1′)和(q_i′,q_i+1′)；

(1.3)边界点处理

嵌入数据过程中会出现溢出，即像素值修改后小于0或大于255；若(p_i′,p_i+1′)溢出，解决方案可以为：(p_i,p_i+1)被跳过不被修改，跳过后，在不溢出的情况下把q_i修改为q_i′，使其满足|q_i′-p_i|＝B，防止(p_i,p_i+1)被误当成含有水印的像素对；若提取水印信息时有|q_i′-p_i|＝B，则跳过对应的像素对(p_i′,p_i+1′)；恢复图像时(p_i′,p_i+1′)就是原像素；

若(q_i′,q_i+1′)溢出，则直接将溢出的像素+B，或-B，使其不溢出即可；

(2)基于可逆脆弱水印的图像篡改认证

(2.1)认证信息嵌入：将认证信息交替嵌入两张图像，然后将失真信息交替嵌入两张图像，最终使认证信息均匀分布在两张图像；所述步骤(2.1)中具体的嵌入步骤如下：

(2.1.1)将宿主图像I₁和I₂中的像素两两分为一组，分别用(p_i,p_i+1)和(q_i,q_i+1)表示，初始化i＝1，flag＝1；

(2.1.2)若flag＝1，则在(p_i,p_i+1)中嵌入认证信息、在(q_i,q_i+1)中嵌入失真信息并设flag＝0；否则，在(q_i,q_i+1)中嵌入认证信息、在(p_i,p_i+1)中嵌入失真信息，并设flag＝1；

(2.1.3)若所有像素都被处理完成，则结束嵌入；否则设i＝i+2，跳至步骤(2.1.2)；

(2.2)完整性检测：将认证信息交替从两张水印图像中提取，同时将失真信息交替从两张水印图像提取，完成图像完整性的初步检测并恢复未被篡改的宿主像素对；

(2.2.1)将水印图像I₁′,I₂′中的像素两两分为一组，分别表示为(p_i′,p_i+1′)和(q_i′,q_i+1′)，初始化i＝1，flag＝1；

(2.2.2)若flag＝1，则在(p_i′,p_i+1′)中提取认证信息、在(q_i′,q_i+1′)提取失真信息并设flag＝0；否则，在(q_i′,q_i+1′)中提取认证信息、在(p_i′,p_i+1′)中提取失真信息，并设flag＝1；

(2.2.3)比较步骤(2.2.2)中提取的认证信息与第i和i+1个像素本来对应的认证信息，若相同，则认为未被篡改并根据失真信息恢复像素对，否则该像素对已被篡改；

(2.2.4)若所有像素都被处理完成，则结束嵌入；否则设i＝i+2，跳至步骤步骤(2.2.2)；

(2.3)确定修改区域：以一个像素对为单位，对步骤(2.2)的检测结果进行后续处理；处理整幅图像，对于一个被认为未被修改的像素对，若与它紧邻的正右方和正左方的两个像素对被认为修改的，那么这对像素也被认为是已经修改的；同理，若与它紧邻的正上方和正下方、右下方和左上方、右上方和左下方的两个像素对被修改，那么这个对像素也被认为是被修改的；多次循环上述过程，直到一次循环后没有原认为未被修改的像素对被当作被修改的像素对，结束处理过程。