[论文解读] 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 33

一句话总结

本文提出了一种基于DWT、扩频技术和Harris角点检测的会话式盲水印技术，用于视网膜眼底图像，以在保持医学图像完整性的同时确保认证功能。通过使用伪随机序列和会话密钥在HH子带内的非感兴趣区域（NROI）中嵌入水印，该方法实现了高不可察觉性（PSNR > 40 dB）和强鲁棒性相关性，支持盲提取并具备强大的认证能力。

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.

研究动机与目标

• 开发一种安全且不可察觉的视网膜眼底图像水印技术，用于医学诊断。
• 通过聚焦于非感兴趣区域（NROI）确保水印嵌入不会影响临床相关区域（ROI）。
• 通过会话密钥实现盲水印提取，无需在验证过程中使用原始图像。
• 保持高图像质量，并确保原始水印与提取水印之间具有强相关性，以实现可靠的认证。

提出的方法

• 该方法应用离散小波变换（DWT）将视网膜眼底图像分解为子带，重点选择HH子带进行水印嵌入。
• 使用伪随机序列将水印信号扩展到HH子带中的选定NROI区域，以最小化感知失真。
• 使用会话密钥控制嵌入过程，确保仅持有相同密钥的授权用户才能提取水印。
• Harris角点检测用于识别NROI中稳定且非冗余的区域，以指导最优水印位置选择。
• 通过相同的会话密钥和图像尺寸实现盲水印提取，无需原始图像。
• 系统通过PSNR以及原始水印与提取水印之间的相关系数评估性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不降低临床重要区域质量或影响诊断准确性的前提下，将水印嵌入视网膜眼底图像？
• RQ2 在图像中何处进行水印嵌入可实现最佳的不可察觉性和鲁棒性？
• RQ3 如何通过会话密钥实现安全的盲水印提取，而无需访问原始图像？
• RQ4 所提出的方法在多大程度上保持了图像质量并维持了水印提取的高相关性？
• RQ5 DWT、扩频技术与Harris角点检测的集成如何提升水印系统的安全性和可靠性？

主要发现

• 所提方法实现了超过40 dB的高PSNR值，表明水印视网膜图像具有极强的不可察觉性及最小失真。
• 原始水印与提取水印之间的相关系数接近1.0，证明了盲恢复的准确性和可靠性。
• 使用会话密钥确保仅授权用户可提取水印，显著增强了安全性与访问控制。
• 在DWT域的HH子带中嵌入水印可有效避免对视盘和黄斑等诊断关键区域的干扰。
• Harris角点检测的集成实现了对NROI中稳定、非冗余区域的鲁棒选择，提升了嵌入效率与抗干扰能力。
• 该方法成功平衡了不可察觉性、鲁棒性与安全性，适用于远程医疗和数字归档中的医学图像认证。