数字图像和互联网

中国石油大学（华东）信控学院第十二章数字图像与互联网1第十二章数字图像与互联网12.1基于互联网的图像系统12.2面向图像检索的内容匹配12.3面向版权保护的数字水印212.1基于互联网的图像系统互联网图像系统的结构互联网图像系统的研究方向解决图像数据大与网络带宽窄的问题与信息安全、版权保护相关的图像问题静止、活动图像的存储与检索的问题图像创建图像管理（Server）图像访问（浏览器）312.2面向图像检索的内容匹配12.2.1内容检索与内容匹配12.2.2内容匹配的主要策略12.2.3内容描述标准MPEG7412.2.1内容检索与内容匹配问题的提出当我们的数字图像数量很多时（达到上千张、甚至上百万张），如何快速有效地找到需要的数字图像是一项有挑战性的工作那么，如何利用计算机辅助检索图像呢？（与文本检索不同，图像与图像之间的比较是一个复杂的问题）512.2.1内容检索与内容匹配传统的图像检索方法通过图片的元数据或标引文字进行检索例：图像元数据宽度：210高度：172主题：玻璃瓶与草背景：淡灰内容：6个有草的玻璃瓶 3个瓶有红色液体 3个瓶有透明液体612.2.1内容检索与内容匹配标引文字的检索的局限性是：图片的标引文字主要靠人工输入。对大数据量的场合（如Web资源、数字图书馆等）应用困难标引文字无法精确完整的刻画图片内容文字描述一维线性的媒体，而图片是二维非线性的媒体生成或利用元数据的过程实质是在两种差异很大的媒体间的翻译过程，有很大的随意性和信息损失712.2.1内容检索与内容匹配基于内容的图像检索方法一图胜千言，考虑绕过这些转换（翻译）过程直接利用图片去检索图片，这就是基于内容的检索的出发点基于内容的图像检索的英文缩写：CBIRContent-BasedImageRetrieval90年代初，国际上就开始了对基于内容的多媒体信息检索方面的研究。812.2.1内容检索与内容匹配大量原型系统已经推出,技术正在逐步走向成熟，已经出现一些商用系统。商用系统如：IBM的QBIC、 Virage的VIRImageEngine。原型系统如：UCB的BlobWorld（形状）、 Stanford的系统（颜色）。检索效果仍需改进。912.2.1内容检索与内容匹配图片输入模块…查询处理模块特征匹配模块数字图像库特征索引库基于内容的图像检索系统结构特征提取模块10内内容容检检索索与与内内容容匹匹配配基1）利用图片样本检索（QueryByExample）可以由用户准备图片样本可以在图片库中浏览系统给出各类代表图像从系统中随机抽取（检索是一个逐步求精的过程）1112.22））利利用用草3）利用图像特征模板检索如颜色特征模板，指定各种颜色的比率等。4）以上方式结合先用草图或指定特征获取图片样本，再用图片样本检索12内内容容匹匹配配的的主主要要颜色色特特纹理特征匹配形状特征匹配13内内容容匹颜色色特特征征匹匹配配基本本原原理理：：颜色色具具有有一一定定的的稳稳定定性性。。在在许许多多情情况况下下,颜色色是是描描述述一一幅幅图图像像最最简简便 用图像的颜色信息作为图像之间进行匹配的特征依据。14颜色色比比率率匹匹配配举举例例：：从从1万万张张图图片片中中检检索索的的结结果果15颜色色16内内容容匹匹配配的的主主要要策策略略纹理理特特征征匹匹配配虽然图像的纹理特征在局部区域内可能没有规则,但在整体上却往往呈现出一定的规律性。纹理特征主要由纹理的均匀度对比度方向的特征量表示17内内容容匹匹配配的的主主要要策策略略纹理理特特征征匹匹配配基本本原原理均匀度反映纹理的尺寸

18内内容容匹匹配配的的纹理理特特征征匹匹配配基本本原原理理：：对比度度反映映纹理理的清晰度19内内容容匹配基本原理：方向反映实体是否有规则的方向性。20内内容容匹配配的主主要策策略纹理特特征匹匹配常用的的匹配配方法法有：：基于传传统数数学模模型的的共生生矩阵阵法纹理谱分析法K-L变换法小波方法21纹理特特征匹匹配举举例：：从1万张张图片片中检检索的的结果果22纹理特特征匹匹配举举例：：从1万张张图片片中检检索的的结果果23内内容容匹配配的主主要策策略基本原理形状是刻划物体的本质特征之一,可以针对面积(可用象素点的个数计算)、环形性(即周长*周长/面积,周长也用象素点的个数表示)、主轴方向、偏心率、圆形率、连通性、正切角等形状特征进行匹配。形状检索主要有两种方法1）针对图像边缘轮廓线进行的检索2）针对图形矢量特征进行的检索2412MPEG-7的基本本思想想MPMPEG-7的范围不包括特征提取和检索引擎，目的是留有竞争的余地MPEG-7不是基于像素的压缩标准，不是要取代已有标准2512.3面面向向版权权保护护的数数字水水印数数字字水印印的基基本概概述数数字字水印印技术术的特特性数数字字水印印的典典型算算法26数数字字水印印的基基本概概述问题的的提出出随着因因特网网在这些作品的版权保护就成为一个迫切而又比较困难的问题数字水印（digitalwatermarking)是解决这一问题的有效办法27数数字字水印印的基基本概概述如何通通过数数字水水印实实现版定义：通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印(watermark)来证实该数据的所有权。形式：这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号、其他图像等，而且水印通常是不可见或不可察的，它与原始数据紧密结合，并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分。特性：水印信息应该能够在经历了某些不破坏原始数据的操作（如压缩等）后仍然保存下来。28数数字字水印印的基基本概概述密钥载体数数据数字水水印系系统模模型水印信信号嵌嵌入水印载体数据水印信息水印嵌入算法29数数字字水印印的基基本概概述密钥载体数数据数字水水印系系统模模型水印信信号嵌嵌入水印载载体数据水印信息水印嵌嵌入算法30数数字字水印印的基基本概概述数字水水印系系统模模型水印信信号的的恢复复密钥原始载载体数据水印信息水印提取取算法水印载体体数据31数数字水水印的基基本概述述原始水印信息息数字水印印系统模模型水印信号号的检测测密钥原始载体体数据水印信息水印提取取算法水印载体体数据水印检测32数数字水水印的基基本概述述水印技术术与信息息隐藏技水印技术是信息隐藏技术的一个分支水印技术和信息隐藏技术的差异：如果隐藏的信息被破坏，对于信息隐藏技术而言，因为秘密信息并未泄漏，系统可以认为是安全的；但对于数字水印系统来说，隐藏信息的丢失，意味着版权信息的丢失，从而失去了版权保护的功能，因此，这样的系统是失败的。33数数字水水印技术术的技术术特性鲁棒性(robustness)指不会因因为图像像文件的的某些改改动而导导致隐藏藏信息丢丢失的能能力。其不可检测性(undetectability)指隐藏载体与原始数据具有一致的特性。如具有一致的统计噪声分布等，以便使非法拦截者无法判断是否有隐蔽信息34数数字水水印技术术的技术术特性透明性(invisibility)利用人类类视觉系系统属性性，经过过一系列列隐藏处处理，使使目标数数据没有有明显的的质量下下降的同同时，隐隐藏的数数据不会会被发现现安全性(security)指隐藏算算法有较较强的抗抗攻击能能力，即即它能够够承受一一定程度度的人为攻击击，而使隐隐藏信息息不会被被破坏。。3512.3.2数字水印印技术的技术术特性自恢复性由于经过一些些操作或变换换后，可能会会使原图产生生较大的破坏坏，如果只从从留下的片段段数据，仍能能恢复隐藏信信号，而且恢恢复过程不需需要宿主信号号，我们就说说这样的算法法具有自恢复复性。高通滤波直直方图均均衡化锐锐化处理3612.3.2数字水印印技术的技术术特性自恢复性平滑处理JPEG压缩JPEG2000压压缩3712.3.2数字水印印技术的技术术特性裁剪对水印的的影响3812.3.3数字水印印的典型算法法空域算法早期的数字水水印算法以空空域算法为主主。空域算法通常常比较简单，，运算量小。。缺点是抵抗抗攻击的能力力往往会比较较弱。Schyndel算法是是空域算法（（Schyndel算法法是Schyndel等等人在1994年提出，，就数字水印印技术领域而而言，它可以以说是具有一一定程度的始始祖意义）3912.3.3数字水印印的典型算法法Schyndel算法：：首先把一个密密钥输入到一一个m-序列列发生器来产产生水印信号号，然后此m-序列被重重新排列成2维水印信号号，并按象素素点逐一插入入到原始图像像象素值的最最低位。由于水印信号号被安排在最最低位，因此此可以满足不不可见性。人4012.3.3数字字水印的典典型算法频域算法：：把源数据经经过某种变变换（例如如DCT变变换）之后后，对频域域数据嵌入入水印信息息。频域算法通通常比较复复杂，运算算量大。但但抵抗攻击击的能力往往往会强一一些。目前比较主主流的频域域算法包括括DCT域域数字水印印算法、小小波域数字字水印算法法等。4112.3.3数字字水印的典典型算法DCT域数数字水印算算法添加水印的的算法首先把图像像分成8××8的不重重叠象素块块对每块数据据做DCT变换，得得到DCT系数组由密码控制制选择一些些DCT系系数，对这这些系数进进行微小变变换以满足足特定的关关系。4212.3.3数字字水印的典典型算法DCT域数数字水印算算法提取水印的的算法