中國石油大學（華東）信控學院第十二章數字圖像與互聯(lián)網1第十二章數字圖像與互聯(lián)網12.1基于互聯(lián)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(lián)網的圖像系統(tǒng)互聯(lián)網圖像系統(tǒng)的結構互聯(lián)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(xiàn)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1012.2.1內容容檢索與內內容匹配基于內容的的圖像檢索索系統(tǒng)的4種檢索方方式：1）利用圖圖片樣本檢檢索（QueryByExample）可以由用戶戶準備圖片片樣本可以在圖片片庫中瀏覽覽系統(tǒng)給出各各類代表圖圖像從系統(tǒng)中隨隨機抽?。ǎz索是一一個逐步求求精的過程程）1112.2.1內容容檢索與內內容匹配2）利用草草圖檢索3）利用圖圖像特征模模板檢索如顏色特征征模板，指指定各種顏顏色的比率率等。4）以上方方式結合先用草圖或或指定特征征獲取圖片片樣本，再再用圖片樣樣本檢索1212.2.2內容容匹配的主主要策略顏色特征匹匹配紋理特征匹匹配形狀特征匹匹配1312.2.2內容容匹配的主主要策略顏色特征匹匹配基本原理：：顏色具有一一定的穩(wěn)定定性。在許許多情況下下,顏色是描述述一幅圖像像最簡便而而有效的特特征。用圖像的顏顏色信息作作為圖像之之間進行匹匹配的特征征依據。14顏色比率匹匹配舉例：：從1萬張張圖片中檢檢索的結果果15顏色比率匹匹配舉例：：從1萬張張圖片中檢檢索的結果果1612.2.2內容容匹配的主主要策略紋理特征匹匹配基本原理：雖然圖像的的紋理特征征在局部區(qū)區(qū)域內可能能沒有規(guī)則則,但在在整體上卻往往往呈現(xiàn)出出一定的規(guī)規(guī)律性。紋理特征主主要由紋理理的均勻度對比度方向的特征量表表示1712.2.2內容容匹配的主主要策略紋理特征匹匹配基本原理：：均勻度反映映紋理的尺寸1812.2.2內容容匹配的主主要策略紋理特征匹匹配基本原理：：對比度反映映紋理的清晰度1912.2.2內容容匹配的主主要策略紋理特征匹匹配基本原理：：方向反映實實體是否有規(guī)則則的方向性性。2012.2.2內容容匹配的主主要策略紋理特征匹匹配常用的匹配配方法有：：基于傳統(tǒng)數數學模型的的共生矩陣陣法基于視覺模模型的多分分辨率分析析法紋理譜分析析法K-L變換換法小波方法21紋理特征匹匹配舉例：：從1萬張張圖片中檢檢索的結果果22紋理特征匹匹配舉例：：從1萬張張圖片中檢檢索的結果果2312.2.2內容容匹配的主主要策略形狀特征匹匹配基本原理形狀是刻劃劃物體的本本質特征之之一,可可以針對面積(可用象素素點的個數數計算)、環(huán)形性(即周長*周長/面積,周長也也用象素點點的個數表表示)、、主軸方向、偏心率、圓形率、連通性、正切角等形狀特征征進行匹配配。形狀檢索主主要有兩種種方法1）針對對圖像邊緣緣輪廓線線進行的檢檢索2）針對對圖形矢量量特征進行的檢檢索24內內容描描述標準準MPEG7MPEG-7的基本思思想MPEG-7是是正在制制定的多多媒體內內容描述述標準，，其目標標就是制制定一組組標準的的描述子及其描述模式式(定義描描述子的的結構和和相互關關系)，，內容描描述與媒媒體內容容結合，，使用戶戶能夠快快速準確確地進行行檢索MPEG-7的的范圍不不包括特征提取取和檢索引擎擎，目的是是留有競爭的余余地MPEG-7不不是基于于像素的的壓縮標標準，不不是要取取代已有有標準2512.3面向向版權保保護的數數字水印印數數字水水印的基基本概述述數數字水水印技術術的特性性數數字水水印的典典型算法法26數數字水水印的基基本概述述問題的提提出隨著因特特網在各各個應用用領域的的蔓延，，多媒體體數字作作品（圖圖像、視視頻、音音頻等））紛紛以以網絡形形式發(fā)表表這些作品品的版權權保護就就成為一一個迫切切而又比比較困難難的問題題數字水印印（digitalwatermarking)是解解決這一一問題的的有效辦辦法27數數字水水印的基基本概述述如何通過過數字水水印實現(xiàn)現(xiàn)版權保保護定義：通過在原原始數據據中嵌入入秘密信信息———水印(watermark)來證證實該數數據的所所有權。。形式：這種被嵌嵌入的水水印可以以是一段段文字、、標識、、序列號號、其他他圖像等等，而且且水印通通常是不不可見或或不可察察的，它它與原始始數據緊緊密結合合，并隱隱藏其中中，成為為源數據據不可分分離的一一部分。。特性：水印信息息應該能能夠在經經歷了某某些不破破壞原始始數據的的操作（（如壓縮縮等）后后仍然保保存下來來。28數數字水水印的基基本概述述密鑰載體數據據數字水印印系統(tǒng)模模型水印信號號嵌入水印載體數據水印信息水印嵌入算法29數數字水水印的基基本概述述密鑰載體數據據數字水印印系統(tǒng)模模型水印信號號嵌入水印載體體數據水印信息水印嵌入入算法3012.3.1數字水印印的基本概述述數字水印系統(tǒng)統(tǒng)模型水印信號的恢恢復密鑰原始載體數據水印信息水印提取算法水印載體數據3112.3.1數字水印印的基本概述述原始水印信息數字水印系統(tǒng)統(tǒng)模型水印信號的檢檢測密鑰原始載體數據水印信息水印提取算法水印載體數據水印檢測3212.3.1數字水印印的基本概述述水印技術與信信息隱藏技術術水印技術是信信息隱藏技術術的一個分支支水印技術和信信息隱藏技術術的差異：如果隱藏的信信息被破壞，，對于信息隱隱藏技術而言言，因為秘密密信息并未泄泄漏，系統(tǒng)可可以認為是安安全的；但對于數字水水印系統(tǒng)來說說，隱藏信息息的丟失，意意味著版權信信息的丟失，，從而失去了了版權保護的的功能，因此此，這樣的系系統(tǒng)是失敗的的。3312.3.2數字水印印技術的技術術特性魯棒性(robustness)指不會因為圖圖像文件的某某些改動而導導致隱藏信息息丟失的能力力。其中的““改動”包括括傳輸過程中中的信道噪聲聲、濾波采樣樣、重采樣、、有損壓縮編編碼、D/A或A/D轉轉換不可檢測性(undetectability)指隱藏載體與與原始數據具具有一致的特特性。如具有有一致的統(tǒng)計計噪聲分布等等，以便使非非法攔截者無無法判斷是否否有隱蔽信息息3412.3.2數字水印印技術的技術術特性透明性(invisibility)利用人類視覺覺系統(tǒng)屬性，，經過一系列列隱藏處理，，使目標數據據沒有明顯的的質量下降的的同時，隱藏藏的數據不會會被發(fā)現(xiàn)安全性(security)指隱藏算法有有較強的抗攻攻擊能力，即即它能夠承受受一定程度的的人為攻擊，而使隱藏信信息不會被破破壞。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。空域算法通常常比較簡單，，運算量小。。缺點是抵抗抗攻擊的能力力往往會比較較弱。Schyndel算算法法是是空空域域算算法法（（Schyndel算算法法是是Schyndel等等人人在在1994年年提提出出，，就就數數字字水水印印技技術術領領域域而而言言，，它它可可以以說說是是具具有有一一定定程程度度的的始始祖祖意意義義））39數數字字水水印印的的典典型型算算法法Schyndel算算法法：：首先先把把一一個個密密鑰鑰輸輸入入到到一一個個m-序序列列發(fā)發(fā)生生器器來來產產生生水水印印信信號號，，然然后后此此m-序序列列被被重重新新排排列列成成2維維水水印印信信號號，，并并按按象象素素點點逐逐一一插插入入到到原原始始圖圖像像象象素素值值的的最最低低位位。。由于于水水印印信信號號被被安安排排在在最最低低位位，，因因此此可可以以滿滿足足不不可可見見性性。。人40數數字字水水印印的的典典型型算算法法頻域域算算法法：：把源源數數據據經經過過某某種種變變換換（（例例如如DCT變變換換））之之后后，，對對頻頻域域數數據據嵌嵌入入水水印印信信息息。。頻域域算算法法通通常常比比較較復復雜雜，，運運算算量量大大。。但但抵抵抗抗攻攻擊擊的的能能力力往往往往會會強強一一些些。。目前前比比較較主主流流的的頻頻域域算算法法包包括括DCT域域數數字字水水印印算算法法、、小小波波域域數數字字水水印印算算法法等等。。41數數字字水水印印的的典典型型算算法法DCT域域數數字字水水印印算算法法添加加水水印印的的算算法法首先先把把圖圖像像分分成成8××8的的不不重重疊疊象象素素塊塊對每每塊塊數數據據做做DCT變變換換，，得得到到DCT系