医学CT图像数字水印算法
第一章 绪论 信息安全技术与研究现状
科技的进步使得数字产品更新越来越快，数字产品也越来越丰富；
另外，网络技术也在逐步发展并且越来越成熟，这使得数字产品在网络间
的传输也更加快捷。有些不道德的人没有经过数字产品拥有者的同意，就
可以在网络上轻易拷贝各种多媒体数字产品，并以此获得暴利；而一些具
有特殊意义的信息，可能会遭到恶意攻击或篡改伪造等。依此下去，会对
社会的和谐发展造成冲击。因此，数字媒体的信息安全、版权保护等问题
变得日益突出，采取保护措施来保护多媒体产品成了一个重要的议题。信
息安全问题的解决，既要依靠技术的发展，更要重视人的作用。如今常用
的信息安全技术有信息隐藏、密码学和数字水印等，它们之间既有联系又
有区别。信息隐藏是信息安全的一个重要分支，自Simmons
提出不可视通信的经的发展已经经历了30
年，它在多媒体安全、多媒体产品知识产权保护及隐蔽通信等方面有着广
阔的前景，其目的就是为了掩盖通信行为的存在性，从而保证通信的安全
性。密码学（Croptology）技术也是信息安全的一个分支。其包括密码编
码和密码分析学两个分支，密码编码学就是研制密码使信息保密安全的技
术科学；密码分析学则是研究如何通过破译密码来获得原始信息的技术科
学。一般，把将要加密的消息称为明文，加密是将明文变换成密文的过程
；解密是将密文变换成明文的过程。非法者一旦将经过加密的产品破解，
这些产品就没有了保护作用，这样会导致这些产品在网络中混乱的传播；
另一方面，传统密码学对密码要很高的要求，不能有任何失真，但是数字
产品在网络之间传输都会受到不同程度的攻击或者干扰，所以起认证作用
的信息也会随之变化，因此密码学是一种安全性较低的技术。因此为了适
应新时代对信息安全的要求，数字水印技术就应运而生并迅猛的发展起来
，承担起了新时代信息安全的重责。 数字水印研究背景
进入21
世纪也就进入了信息迅速发展的时代，现在科技在迅猛发展，网络在逐步
扩展和完善，数字化产品在网络中可以方便快捷的传输。1993 年11
月诞生了Mosaic
网页浏览器,由于它在网络上使用较为简单，所以人们就开始乐忠于从网
络上下载或者上传各种各样的数字产品，例如：数字化图像，音频文件，
视频文件等。虽然这样文件使用方便了，但是这导致了信息在传输中会有
安全问题和版权保护问题。因此如何在开放网络中解决以上两个题，已经
深深吸引了世人的强烈关注。因此为了不让这些数字化产品被不道德的人
甚至是违法人肆意利用或谋利，世人如何保护这些数字化产品的版权就成
为了急需解决的重大问题。加密和数字签名等技术可以解决上面两个问题
。基于私有密钥或者公共密钥的加密技术是将明文消息通过某种有效方法
变换成别人无法理解的密文消息。数字签名利用字符串可以起到书写签名
或者印章同样的作用，具有相同的法律作用。数字签名可以划分为通用与
仲裁两种签名方式，数字签名技术的作用是验证短数字信息是否真实，并
且有了数字签名标准（DSS）。但随着计算机技术的迅猛发展，这些传统
系统的安全性已经受到了人们的怀疑。人们已经意识到只靠增加密钥长度
来提高信息的安全性和可靠性，是满足不了人们的需求的，并且这也不是
人们惟一可以使用的方法；另外这样做也增加了人们获取各自想要信息的
障碍和阻力，并且一旦非法者破解了这些加密的信息，那人们就没有有效
的办法来确认信息的复制或转发是否是合法的。数字水印技术的产生继承
了密码技术和数字签名的优点，同时也克服了它们各自的缺点。因为数字
数字技术不仅对解密后的数据有保护作用，还可以在数字产品中秘密的藏
入大量的有用信息。所以数字水印技术在今天的信息时代是发展相当迅速
的。如今数字水印技术主是为了进行对数字产品无休止的复制控制和对其
进行的版权保护，另外也应用于广播监控、交易跟踪以及设备控制等方面
。 第二章 图像数字水印技术
图像数字水印技术的研究
随着计算机和网络的应用和发展，图像数字化作品的大量出现和在
网络间的广泛传播，人们也越来越重视数字图像的版权问题了，如今图像
数字水印已经成为数字水印研究领域中应用最广泛，发展最成熟，成果最
丰硕，感官最直观的一个分支。到目前为止，人们可以把数字水印嵌入到
载体图像中的方法已经到达了百种之多。在图像数字水印中，目前电子病
数字水印正在蓬勃发展，采用计算机X
光断层扫描技术（CT）进行诊断已经成为现代医学诊断不可缺少的有效辅
助手段，所以通过网络在计机之间传送诊断的数字化影像也变的越来越广
泛。虽然医学数字影像传输及通道标准的建立，促进了数字医疗影像信息
的交流，但是，医疗影像在网络传输过程中可能会遭到篡改、非法复制等
信息安全问题，电子病历数字水印的出现解决了这种危机。电子病历数字
水印技术将标志性数字信息或者一些隐秘信息嵌入到字医疗影像之中，实
现信息的隐藏或者版权认证。
本文中进行水印信息嵌入的载体图像为医学CT 图像，CT
图像是由不同的灰度来表示的这些灰度反映了机体组织对X
线的吸收程度，它的实质是反映了机体组织的密度。CT图像中的黑白影是
因为机体组织不同而引起的对X
线不同的衰减所造成的。白色表示机组织对X
线的吸收较高，即机体组织的密度较高，如骨骼、钙化、强化对比剂等；
黑影是机体组织对X
线吸收少的程度不同而呈现灰色或者黑色，呈现灰色的机体组织专业上称
为等密度，如软组织、椎间盘及软骨等；呈现黑色的机体组织为低密度，
如脂肪、空气等。医学上用CT
值衡量机体组织密度的高低，其单位是Hu（亨氏）。一般这样定义：水的
CT 值为0Hu，骨皮质的CT 值为1000Hu，空气的CT 值为-
1000Hu，各种机体组织和病变部位都有相应的CT 值介于-1000Hu
到1000Hu 的2000 个分度之间。
图像数字水印的定义和基本要求 图像数字水印的定义
图像水印是把一些标志性数字信息或一些隐秘信息嵌入到载体图像
中的水印，从而实现信息的隐藏或者版权认证。这些标志性信息或隐秘信
息可以是一个logo 图片、有意义的文本 第一章
绪论.................................... 1
信息安全技术与研究现状................. 1
数字水印研究背景................ 2
数字水印的概念............................... 2
数字水印的特性.................................. 3
数字水印的分类............................. 4
数字水印技术的攻击方法...................................... 5
数字水印技术的应用....................................
6
论文的主要内容和结构安排..................................... 7
第二章
图像数字水印技术....................................... 9
图像数字水印技术的研究.............................. 9
图像数字水印的定义和基本要求................................ 9
人类视觉系统基本知识..........................11
数字图像水印的评价标准................................ 13
总结
本文首先说明了信息安全的重要性和发展趋势，然后介绍了数字水
印的一些基本情况，然后又叙述了图像数字水印的相关基础知识，最后列
举并分析了一些已有的图像数字水印算法。在此基础上，本文对已有的算
法方案进行一些改进，设计了基于医学图像的感兴趣区域人工划分的无失
真水印算法，提出了基于医学图像的感兴趣区域自动划分的无失真水印算
法，也设计了基于DWT
的医学图像的感兴趣区域无失真水印算法。对本文中的3
种核心算法总结如下：
（1）基于医学图像的感兴趣区域人工划分的无失真水印算法第三章
设计了一种基于医学图像的感兴趣区域人工划分的无失真水印算法。首先
利用设想的椭圆函数成功的将载体图像划分为感兴趣区域和非感兴趣区域
，然后对含病人信息的二值水印图像和医院logo 二值图进行Arnold
置乱变换后作为最终水印并利用LSB
算法将其嵌入到载体医学图像的非感兴趣区域，以此实现医学图像和病人
信息的一致性认证，此外，将医学载体图像的所有像素的最低有效位置为
零，然后利用MD5 类型的hash
函数来得到处理后的图像的消息摘要码，将消息摘要码作为另一种水印信
息嵌入到载体图像的非感兴趣区域，在传输终端我们可以利用相同的方法
计算出载体图像的消息摘要码，并与从载体图像中提取出的消息摘要码水
印信息进行比较，以此来确认载体图像 参考文献
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