[論文レビュー] A Session Based Blind Watermarking Technique within the NROI of Retinal Fundus Images for Authentication Using DWT, Spread Spectrum and Harris Corner Detection

Nilanjan Dey, Moumita Pal+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2012

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 11被引用数 33

ひとこと要約

本稿では、DWT、スペクトラム拡散、ハリスコーナー検出を用いて、網膜後極画像のセッションベースの盲目的水 Stam き技術を提案する。診断上の整合性を保ちながら認証を確保する。水 Stam きを、疑似乱数列とセッションキーを用いてHHサブバンド内の非関心領域（NROI）に埋め込むことで、高い不可視性（PSNR > 40 dB）と高い耐性相関性を達成し、元の画像が不要な盲的な抽出が可能で、強力な認証能力を有する。

ABSTRACT

Digital Retinal Fundus Images helps to detect various ophthalmic diseases by detecting morphological changes in optical cup, optical disc and macula. Present work proposes a method for the authentication of medical images based on Discrete Wavelet Transformation (DWT) and Spread Spectrum. Proper selection of the Non Region of Interest (NROI) for watermarking is crucial, as the area under concern has to be the least required portion conveying any medical information. Proposed method discusses both the selection of least impact area and the blind watermarking technique. Watermark is embedded within the High-High (HH) sub band. During embedding, watermarked image is dispersed within the band using a pseudo random sequence and a Session key. Watermarked image is extracted using the session key and the size of the image. In this approach the generated watermarked image having an acceptable level of imperceptibility and distortion is compared to the Original retinal image based on Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) and correlation value.

研究の動機と目的

• 網膜後極画像のための安全かつ不可視な水 Stam き技術の開発。
• 関心領域（ROI）に影響を与えないように、非関心領域（NROI）に焦点を当てることで、臨床的に重要な領域への影響を回避する。
• 元の画像が不要なセッションキーを用いた盲的な水 Stam き抽出を可能にする。
• 画像品質を高く維持し、元の水 Stam きと抽出された水 Stam きとの間の相関性を強く保つことで、信頼性の高い認証を実現する。

提案手法

• 本手法は、網膜後極画像を離散ウェーブレット変換（DWT）でサブバンドに分解し、水 Stam き埋め込みに際してHigh-High（HH）サブバンドに注目する。
• 疑似乱数列を用いて、選択されたNROI内のHHサブバンドに水 Stam き信号を拡散させ、視認性の歪みを最小限に抑える。
• セッションキーを用いて埋め込みプロセスを制御し、同一のキーを持つ正当なユーザーのみが水 Stam きを抽出可能となるようにする。
• ハリスコーナー検出を用いて、NROI内に安定的かつ重複のない領域を特定し、最適な水 Stam き配置をガイドする。
• 同一のセッションキーと画像サイズを用いて、元の画像が不要な盲的な抽出を実施する。
• 性能評価には、元の画像と抽出された水 Stam きの間のPSNRと相関係数を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 臨床的に有意義な領域や診断精度に影響を与えることなく、網膜後極画像に水 Stam きを埋め込む方法は何か？
• RQ2 不可視性と耐性を確保するため、画像内の最適な埋め込み位置はどこか？
• RQ3 元の画像にアクセスできない状況でも、セッションキーを用いて安全に盲的な水 Stam き抽出を実現する方法は何か？
• RQ4 提案手法は、画像品質をどの程度保持し、水 Stam き抽出における高い相関性を維持できるか？
• RQ5 DWT、スペクトラム拡散、ハリスコーナー検出の統合は、水 Stam きシステムのセキュリティと信頼性をどのように向上させるか？

主な発見

• 提案手法は40 dBを超える高いPSNR値を達成しており、水 Stam きを埋め込んだ網膜後極画像において、強い不可視性と最小限の歪みを示している。
• 元の水 Stam きと抽出された水 Stam きの間の相関係数は1.0に近く、正確かつ信頼性の高い盲的回復を示している。
• セッションキーの使用により、水 Stam きの抽出が正当なユーザーに限定され、セキュリティとアクセス制御が強化されている。
• DWTドメインのHHサブバンドに水 Stam きを埋め込むことで、視神経乳頭や黄斑など診断的に重要な領域への干渉を効果的に回避できる。
• ハリスコーナー検出の統合により、NROI内に安定的かつ重複のない領域を効果的に特定でき、埋め込み効率と耐性が向上した。
• 本手法は、不可視性、耐性、セキュリティのバランスをうまく保っており、遠隔医療やデジタルアーカイブ分野における医療画像認証に適している。