[论文解读] Adaptive Blind Image Watermarking Using Fuzzy Inference System Based on Human Visual Perception

Maedeh Jamali, Shima Rafiee+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2017

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 44被引用 13

一句话总结

该论文提出了一种自适应盲图像水印方案，利用模糊推理系统根据人类视觉感知优化嵌入强度，从而在不可察觉性和鲁棒性方面均得到提升。通过将显著性、亮度和边缘集中度特征整合到模糊逻辑控制器中，并在小波变换图像的DCT域中应用冗余嵌入，该方法在相同水印尺寸下相较于现有方法表现出更优的性能。

ABSTRACT

Development of digital content has increased the necessity of copyright protection by means of watermarking. Imperceptibility and robustness are two important features of watermarking algorithms. The goal of watermarking methods is to satisfy the tradeoff between these two contradicting characteristics. Recently watermarking methods in transform domains have displayed favorable results. In this paper, we present an adaptive blind watermarking method which has high transparency in areas that are important to human visual system. We propose a fuzzy system for adaptive control of the embedding strength factor. Features such as saliency, intensity, and edge-concentration, are used as fuzzy attributes. Redundant embedding in discrete cosine transform (DCT) of wavelet domain has increased the robustness of our method. Experimental results show the efficiency of the proposed method and better results are obtained as compared to comparable methods with same size of watermark logo.

研究动机与目标

• 解决数字图像水印中不可察觉性与鲁棒性之间的权衡问题。
• 通过根据人类视觉系统（HVS）敏感度自适应调整嵌入强度，提升水印的透明性。
• 开发一种模糊推理系统，根据图像内容特征（如显著性、亮度和边缘集中度）动态调整嵌入强度。
• 通过在小波变换图像的DCT域中应用冗余嵌入，提升鲁棒性。

提出的方法

• 设计了一种模糊推理系统（FIS），以显著性、亮度和边缘集中度作为输入特征，以确定最优嵌入强度。
• 使用离散小波变换（DWT）对图像进行分解，随后在选定子带中应用离散余弦变换（DCT）进行水印嵌入。
• 通过FIS自适应控制嵌入强度，以最小化视觉重要区域中的感知失真。
• 在小波变换图像的DCT域中应用冗余水印嵌入，以增强对常见攻击的抵抗能力。
• 水印嵌入在中频DCT系数中，以在可见性与鲁棒性之间取得平衡。
• 该方法为盲水印，无需原始图像即可完成提取，支持实际部署。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何自适应地控制嵌入强度，以在保持鲁棒性的前提下最小化感知失真？
• RQ2 引入人类视觉感知特征在多大程度上提升了水印的不可察觉性？
• RQ3 在小波变换图像的DCT域中应用冗余嵌入是否能在不降低视觉质量的前提下增强鲁棒性？
• RQ4 与固定或启发式嵌入策略相比，模糊推理系统在性能表现上如何？
• RQ5 显著性、亮度和边缘集中度对最优嵌入强度决策的影响是什么？

主要发现

• 所提方法通过模糊推理系统引导，在视觉敏感区域降低嵌入强度，从而实现更高的不可察觉性。
• 由于在小波变换图像的DCT域中应用了冗余嵌入，鲁棒性得到显著提升。
• 实验结果表明，该方法在相同水印标识尺寸下优于其他可比方法。
• 该方法保持了高透明度，即使在高嵌入率下也仅产生极小的视觉失真。
• 模糊逻辑控制器在不同图像内容下有效平衡了不可察觉性与鲁棒性之间的权衡。