[论文解读] Reversible Region of Non-Interest (RONI) Watermarking for Authentication of DICOM Images

Jasni Mohamad Zain, Malcolm Clarke|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2011

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 19被引用 54

一句话总结

本文提出了一种用于DICOM图像的可逆非兴趣区域（RONI）水印方案，将整个图像的SHA-256哈希值嵌入到非诊断区域的最低有效位中。该方法在水印提取后能够实现原始图像的完美恢复，并通过将提取的哈希值与从恢复图像重新计算出的哈希值进行比较来验证完整性，从而在超声波医学影像应用中同时实现可逆性和认证功能。

ABSTRACT

This paper introduces current watermarking techniques available from the literatures. Requirements for medical watermarking will be discussed. We then propose a watermarking scheme that can recover the original image from the watermarked one. The purpose is to verify the integrity and authenticity of DICOM images. We used ultrasound (US) images in our experiment. SHA-256 of the whole image is embedded in the least significant bits of the RONI (Region of Non-Interest). If the image has not been altered, the watermark will be extracted and the original image will be recovered. SHA-256 of the recovered image will be compared with the extracted watermark for authentication.

研究动机与目标

• 为解决医学影像中安全可逆水印技术的需求，以保护诊断完整性。
• 在不改变原始诊断内容的前提下，确保DICOM图像的认证。
• 在水印提取后实现原始图像的完美重建，以保障临床可靠性。
• 将加密哈希（SHA-256）嵌入图像中非关键区域，以验证图像的真实性。
• 通过超声波DICOM图像作为测试案例，评估该方案的性能。

提出的方法

• 该方法识别并分离DICOM图像中的非兴趣区域（RONI），通常为背景或元数据区域等非诊断区域。
• 计算整个原始图像的SHA-256哈希值，并将其嵌入RONI区域内像素值的最低有效位（LSBs）中。
• 通过反转LSB嵌入过程实现水印提取和原始图像恢复，精确还原原始像素值。
• 对恢复后的图像再次使用SHA-256进行哈希计算，并将结果与提取的水印进行比对以实现认证。
• 该方案通过使用可逆数据隐藏技术确保可逆性，从而在不损失原始图像数据的前提下保留其完整性。
• 该方法在超声波DICOM图像上进行了评估，验证了其可行性与完整性验证能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种可逆水印方案，在不改变DICOM图像诊断内容的前提下，将加密哈希嵌入到非诊断区域？
• RQ2 在水印嵌入与提取后，原始图像的恢复效果如何？
• RQ3 该方案在多大程度上通过哈希比对确保图像的真实性？
• RQ4 水印对超声波DICOM图像的图像质量和诊断可用性有何影响？
• RQ5 该方案能否在一个框架中同时支持完整性验证与无损恢复？

主要发现

• 所提出的方案成功实现了水印嵌入与提取后原始DICOM图像的完美恢复。
• 嵌入在RONI中的SHA-256哈希可通过将提取的哈希值与从恢复图像重新计算出的哈希值比对，实现准确的认证。
• 该方法保持了图像保真度，因为水印仅嵌入非诊断区域，从而保护了临床内容。
• 该方案表现出良好的可逆性，确保原始图像数据未受到永久性修改。
• 认证过程具有鲁棒性，因为图像的任何修改都会导致提取哈希与重新计算哈希之间的不匹配。
• 该方法在超声波DICOM图像上得到验证，确认其在真实医学影像场景中的可行性。