數字圖像和互聯網

中國石油大學（華東）信控學院第十二章數字圖像與互聯網1第十二章數字圖像與互聯網12.1基于互聯網的圖像系統(tǒng)12.2面向圖像檢索的內容匹配12.3面向版權保護的數字水印212.1基于互聯網的圖像系統(tǒng)互聯網圖像系統(tǒng)的結構互聯網圖像系統(tǒng)的研究方向解決圖像數據大與網絡帶寬窄的問題與信息安全、版權保護相關的圖像問題靜止、活動圖像的存儲與檢索的問題圖像創(chuàng)建圖像管理（Server）圖像訪問（瀏覽器）312.2面向圖像檢索的內容匹配12.2.1內容檢索與內容匹配12.2.2內容匹配的主要策略12.2.3內容描述標準MPEG7412.2.1內容檢索與內容匹配問題的提出當我們的數字圖像數量很多時（達到上千張、甚至上百萬張），如何快速有效地找到需要的數字圖像是一項有挑戰(zhàn)性的工作那么，如何利用計算機輔助檢索圖像呢？（與文本檢索不同，圖像與圖像之間的比較是一個復雜的問題）512.2.1內容檢索與內容匹配傳統(tǒng)的圖像檢索方法通過圖片的元數據或標引文字進行檢索例：圖像元數據寬度：210高度：172主題：玻璃瓶與草背景：淡灰內容：6個有草的玻璃瓶 3個瓶有紅色液體 3個瓶有透明液體612.2.1內容檢索與內容匹配標引文字的檢索的局限性是：圖片的標引文字主要靠人工輸入。對大數據量的場合（如Web資源、數字圖書館等）應用困難標引文字無法精確完整的刻畫圖片內容文字描述一維線性的媒體，而圖片是二維非線性的媒體生成或利用元數據的過程實質是在兩種差異很大的媒體間的翻譯過程，有很大的隨意性和信息損失712.2.1內容檢索與內容匹配基于內容的圖像檢索方法一圖勝千言，考慮繞過這些轉換（翻譯）過程直接利用圖片去檢索圖片，這就是基于內容的檢索的出發(fā)點基于內容的圖像檢索的英文縮寫：CBIRContent-BasedImageRetrieval90年代初，國際上就開始了對基于內容的多媒體信息檢索方面的研究。812.2.1內容檢索與內容匹配大量原型系統(tǒng)已經推出,技術正在逐步走向成熟，已經出現一些商用系統(tǒng)。商用系統(tǒng)如：IBM的QBIC、 Virage的VIRImageEngine。原型系統(tǒng)如：UCB的BlobWorld（形狀）、 Stanford的系統(tǒng)（顏色）。檢索效果仍需改進。912.2.1內容檢索與內容匹配圖片輸入模塊…查詢處理模塊特征匹配模塊數字圖像庫特征索引庫基于內容的圖像檢索系統(tǒng)結構特征提取模塊10內內容容檢檢索索與與內內容容匹匹配配基1）利用圖片樣本檢索（QueryByExample）可以由用戶準備圖片樣本可以在圖片庫中瀏覽系統(tǒng)給出各類代表圖像從系統(tǒng)中隨機抽?。z索是一個逐步求精的過程）1112.22））利利用用草3）利用圖像特征模板檢索如顏色特征模板，指定各種顏色的比率等。4）以上方式結合先用草圖或指定特征獲取圖片樣本，再用圖片樣本檢索12內內容容匹匹配配的的主主要要顏色色特特紋理特征匹配形狀特征匹配13內內容容匹顏色色特特征征匹匹配配基本本原原理理：：顏色色具具有有一一定定的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。在在許許多多情情況況下下,顏色色是是描描述述一一幅幅圖圖像像最最簡簡便 用圖像的顏色信息作為圖像之間進行匹配的特征依據。14顏色色比比率率匹匹配配舉舉例例：：從從1萬萬張張圖圖片片中中檢檢索索的的結結果果15顏色色16內內容容匹匹配配的的主主要要策策略略紋理理特特征征匹匹配配雖然圖像的紋理特征在局部區(qū)域內可能沒有規(guī)則,但在整體上卻往往呈現出一定的規(guī)律性。紋理特征主要由紋理的均勻度對比度方向的特征量表示17內內容容匹匹配配的的主主要要策策略略紋理理特特征征匹匹配配基本本原原理均勻度反映紋理的尺寸

18內內容容匹匹配配的的紋理理特特征征匹匹配配基本本原原理理：：對比度度反映映紋理理的清晰度19內內容容匹配基本原理：方向反映實體是否有規(guī)則的方向性。20內內容容匹配配的主主要策策略紋理特特征匹匹配常用的的匹配配方法法有：：基于傳傳統(tǒng)數數學模模型的的共生生矩陣陣法紋理譜分析法K-L變換法小波方法21紋理特特征匹匹配舉舉例：：從1萬張張圖片片中檢檢索的的結果果22紋理特特征匹匹配舉舉例：：從1萬張張圖片片中檢檢索的的結果果23內內容容匹配配的主主要策策略基本原理形狀是刻劃物體的本質特征之一,可以針對面積(可用象素點的個數計算)、環(huán)形性(即周長*周長/面積,周長也用象素點的個數表示)、主軸方向、偏心率、圓形率、連通性、正切角等形狀特征進行匹配。形狀檢索主要有兩種方法1）針對圖像邊緣輪廓線進行的檢索2）針對圖形矢量特征進行的檢索2412MPEG-7的基本本思想想MPMPEG-7的范圍不包括特征提取和檢索引擎，目的是留有競爭的余地MPEG-7不是基于像素的壓縮標準，不是要取代已有標準2512.3面面向向版權權保護護的數數字水水印數數字字水印印的基基本概概述數數字字水印印技術術的特特性數數字字水印印的典典型算算法26數數字字水印印的基基本概概述問題的的提出出隨著因因特網網在這些作品的版權保護就成為一個迫切而又比較困難的問題數字水印（digitalwatermarking)是解決這一問題的有效辦法27數數字字水印印的基基本概概述如何通通過數數字水水印實實現版定義：通過在原始數據中嵌入秘密信息——水印(watermark)來證實該數據的所有權。形式：這種被嵌入的水印可以是一段文字、標識、序列號、其他圖像等，而且水印通常是不可見或不可察的，它與原始數據緊密結合，并隱藏其中，成為源數據不可分離的一部分。特性：水印信息應該能夠在經歷了某些不破壞原始數據的操作（如壓縮等）后仍然保存下來。28數數字字水印印的基基本概概述密鑰載體數數據數字水水印系系統(tǒng)模模型水印信信號嵌嵌入水印載體數據水印信息水印嵌入算法29數數字字水印印的基基本概概述密鑰載體數數據數字水水印系系統(tǒng)模模型水印信信號嵌嵌入水印載載體數據水印信息水印嵌嵌入算法30數數字字水印印的基基本概概述數字水水印系系統(tǒng)模模型水印信信號的的恢復復密鑰原始載載體數據水印信息水印提取取算法水印載體體數據31數數字水水印的基基本概述述原始水印信息息數字水印印系統(tǒng)模模型水印信號號的檢測測密鑰原始載體體數據水印信息水印提取取算法水印載體體數據水印檢測32數數字水水印的基基本概述述水印技術術與信息息隱藏技水印技術是信息隱藏技術的一個分支水印技術和信息隱藏技術的差異：如果隱藏的信息被破壞，對于信息隱藏技術而言，因為秘密信息并未泄漏，系統(tǒng)可以認為是安全的；但對于數字水印系統(tǒng)來說，隱藏信息的丟失，意味著版權信息的丟失，從而失去了版權保護的功能，因此，這樣的系統(tǒng)是失敗的。33數數字水水印技術術的技術術特性魯棒性(robustness)指不會因因為圖像像文件的的某些改改動而導導致隱藏藏信息丟丟失的能能力。其不可檢測性(undetectability)指隱藏載體與原始數據具有一致的特性。如具有一致的統(tǒng)計噪聲分布等，以便使非法攔截者無法判斷是否有隱蔽信息34數數字水水印技術術的技術術特性透明性(invisibility)利用人類類視覺系系統(tǒng)屬性性，經過過一系列列隱藏處處理，使使目標數數據沒有有明顯的的質量下下降的同同時，隱隱藏的數數據不會會被發(fā)現現安全性(security)指隱藏算算法有較較強的抗抗攻擊能能力，即即它能夠夠承受一一定程度度的人為攻擊擊，而使隱隱藏信息息不會被被破壞。。3512.3.2數字水印印技術的技術術特性自恢復性由于經過一些些操作或變換換后，可能會會使原圖產生生較大的破壞壞，如果只從從留下的片段段數據，仍能能恢復隱藏信信號，而且恢恢復過程不需需要宿主信號號，我們就說說這樣的算法法具有自恢復復性。高通濾波直直方圖均均衡化銳銳化處理3612.3.2數字水印印技術的技術術特性自恢復性平滑處理JPEG壓縮JPEG2000壓壓縮3712.3.2數字水印印技術的技術術特性裁剪對水印的的影響3812.3.3數字水印印的典型算法法空域算法早期的數字水水印算法以空空域算法為主主?？沼蛩惴ㄍǔ３１容^簡單，，運算量小。。缺點是抵抗抗攻擊的能力力往往會比較較弱。Schyndel算法是是空域算法（（Schyndel算法法是Schyndel等等人在1994年提出，，就數字水印印技術領域而而言，它可以以說是具有一一定程度的始始祖意義）3912.3.3數字水印印的典型算法法Schyndel算法：：首先把一個密密鑰輸入到一一個m-序列列發(fā)生器來產產生水印信號號，然后此m-序列被重重新排列成2維水印信號號，并按象素素點逐一插入入到原始圖像像象素值的最最低位。由于水印信號號被安排在最最低位，因此此可以滿足不不可見性。人4012.3.3數字字水印的典典型算法頻域算法：：把源數據經經過某種變變換（例如如DCT變變換）之后后，對頻域域數據嵌入入水印信息息。頻域算法通通常比較復復雜，運算算量大。但但抵抗攻擊擊的能力往往往會強一一些。目前比較主主流的頻域域算法包括括DCT域域數字水印印算法、小小波域數字字水印算法法等。4112.3.3數字字水印的典典型算法DCT域數數字水印算算法添加水印的的算法首先把圖像像分成8××8的不重重疊象素塊塊對每塊數據據做DCT變換，得得到DCT系數組由密碼控制制選擇一些些DCT系系數，對這這些系數進進行微小變變換以滿足足特定的關關系。4212.3.3數字字水印的典典型算法DCT域數數字水印算算法提取水印的的算法