[发明专利]像素级图像认证、篡改检测及恢复方法

说明书

像素级图像认证、篡改检测及恢复方法；通过判别图片类别对不同类型的图片进行处理；通过汉明码及压缩原理生成恢复水印信息；通过预先生成哈希值作为认证水印信息；通过对图片像素点进行扰动生成定位水印信息；通过比对提取出的数据信息进行真实性验证；通过比较标记位检测篡改像素点的位置；通过纠错码对被篡改的图像进行模糊恢复。本发明能够对任一张灰度图或彩色图进行安全保护；本发明能够检测图像中任意细粒度的改变并定位到篡改的像素点。利用本发明，可以对任意形式的图像如扫描图像、手写签名、电子文件等进行真实性验证，进而对被篡改的图像进行像素级的检测和恢复。

技术领域

本发明属于图像认证，篡改检测，图像恢复及信息安全技术领域，具体涉及像素级图像认证、篡改检测及恢复方法。

背景技术

随着互联网的广泛应用以及高性能计算机的飞速发展，图片越来越成为人们存储信息、传递信息、表达信息的主要形式。在当今信息化的时代大背景下，利用互联网处理传统事务、政府办公以及商务活动等日益普遍，多种多媒体形式诸如视频、音频及图像等得到了极为广泛的应用。在整个过程中，数字图像用一种二维的数字组表示，每一个像素点都是一个有限的数值，以数字化的形式存在网络上，数字图像在给我们带来方便和快捷的同时，数字图像本身以及传播过程中的安全性问题需要引起我们的重视。数字图像的存储格式使得图片易于编辑、复制、合成等，非法攻击者可以在不留下痕迹的前提下轻而易举对图像进行篡改，继而导致图像遭到破坏。与此同时，具备各种图片编辑功能的软件日益强大，凭借肉眼完全看不出任何篡改痕迹，使得接受端很难判断图片的真假，严重影响到了图片的真实性以及可靠使用，干扰到人们的日常生活。因此，检测数字图像中的非法操作，对被修改的图像尽最大可能恢复原貌已成为一个迫在眉睫的问题([1][2][3])。

现有的图像检测技术主要分为块级别的检测技术和像素级别的检测技术。像素级别方案在真实性验证的基础上能够定位到数字图像中篡改的像素点，块级别的检测方案具有更好的安全性，能够定位到篡改的检测区域块，在定位精度上较为粗糙。Yeung和Mintzer首先提出一种像素级别的检测方案，是一种基于脆弱水印的数字图像认证和检测技术[4]。文献[5]中的方案选取一种认证密钥用于生成映射图像像素的二进制查找表或二值映射函数，将图像像素值映射至0或1，生成的二值序列将用于编码秘密二值标记位L，对于灰度图像I，每一个像素点(i,j)将进行小而随机的扰动操作以满足以下等式：

L(i，j)＝f_g(I(i，j))

标记位将能够定位篡改的像素点。实验表明，在不知道密钥和标记位序列的情况下，平均重复使用两个水印图像，将可以恢复90％的二值函数，因此很容易导出标记位L。如果标识是真实图像而不是随机图像，便可以利用这些附加信息恢复出二值函数的剩余部分。为了抵御这种攻击，最经典的方法是产生依赖于图像索引的脆弱水印，利用临域依赖性将图像像素值映射至二值标记位，这将能够抵抗文献[6]和文献[7]中提到的攻击。Fridrich指出，无论像素点的扫描顺序是公开或者保密，这一方案都将遭受到文献[8]提到的oracle攻击。Fridrich将这种新的攻击归因于像素级别的方案中图像像素点的固有序列属性，并提出没有任何的像素级别方案能够抵抗这一攻击。Fridrich将这一技术应用于块级别的方案，实验表明，块级别将不再遭受上述攻击，但在篡改定位能力方面表现很差，块级别方案无法定位到篡改的像素点([9][10][11])。

现有的图像恢复技术中恢复水印的生成方法主要有两种：(1)8×8图像分块并进行重要DCT(离散余弦变换)系数的量化编码，缺点在于定位精度较低；(2)2×2图像分块并取均值，定位精度较高，但是容易受到恒均值攻击且对于非平滑图像块的恢复质量欠佳。如果可以把图像块中的定位数据与恢复数据分开存储，并以像素级别的定位为基础来恢复图像中被篡改的像素点，将会在图像恢复质量与篡改定位精度中找到很好的平衡。

参考文献