[科普中国]-图像不变

简介

图像不变是指图像特征往往具有平移、旋转、比例、反射、亮度等方面不变的属性。对于图像不变的有关属性，Hu M. K 最早提出了不变矩的概念并用于形状识别，同时他还推出了矩的一系列性质并证明了有关矩的平移 、 旋转以及比例不变性1 。这促进了图像不变在更多领域的应用，例如在人工智能领域，利用图像不变的有关属性进行图像识别以及信息安全中的数字水印。

不变矩矩特性主要表征了图像区域的几何特征，又称为几何矩，因为其存在旋转、平移、标准等个性的不变特征，所以又称其为不变矩。在图像处置中，多少何不变矩可以息为一个主要的特征来表现物体，能够据此特征来对图像进行分类等操作。变矩能够描述图像的整体性质，从而在边缘提取、图像匹配及目标识别中得到了广泛的应用。不变矩的应用过程一般包括：1）选择合适的不变矩类型；2）选择分类器（如神经网络、最短距离等）；3）如果是神经网络分类器，则需要计算学习样例的不变矩去训练神经网络；4）计算待识别对象的不变矩，输入神经网络就可得到待识别对象的类型，或者计算待识别对象不变矩与类别对象不变矩之间的距离，选择最短距离的类别作为待识别对象的类别。

图像识别图像识别，是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。一般工业使用中，采用工业相机拍摄图片，然后再利用软件根据图片灰阶差做进一步识别处理，图像识别软件国外代表的有康耐视等，国内代表的有图智能等。另外在地理学中指将遥感图像进行分类的技术。图像识别可能是以图像的主要特征为基础的。每个图像都有它的特征,如字母A有个尖，P有个圈、而Y的中心有个锐角等。对图像识别时眼动的研究表明，视线总是集中在图像的主要特征上，也就是集中在图像轮廓曲度最大或轮廓方向突然改变的地方，这些地方的信息量最大。而且眼睛的扫描路线也总是依次从一个特征转到另一个特征上。由此可见，在图像识别过程中，知觉机制必须排除输入的多余信息,抽出关键的信息。同时,在大脑里必定有一个负责整合信息的机制，它能把分阶段获得的信息整理成一个完整的知觉映象。

在人类图像识别系统中，对复杂图像的识别往往要通过不同层次的信息加工才能实现。对于熟悉的图形,由于掌握了它的主要特征，就会把它当作一个单元来识别，而不再注意它的细节了。这种由孤立的单元材料组成的整体单位叫做组块，每一个组块是同时被感知的。在文字材料的识别中，人们不仅可以把一个汉字的笔划或偏旁等单元组成一个组块，而且能把经常在一起出现的字或词组成组块单位来加以识别。

在计算机视觉识别系统中，图像内容通常用图像特征进行描述。事实上，基于计算机视觉的图像检索也可以分为类似文本搜索引擎的三个步骤：提取特征、建索引build以及查询。

数字水印种在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记的信息隐藏技术。随着多媒体存 储和计算机通信技术的发展，盗版者常常以低廉的成本复制、传播未经授权的数字产 品内容，如未经授权的歌曲、电影免费下载，未经授权的软件免费嵌入手机平台等。 出于对利益和市场公平竞争的考虑，数字产品的所有者迫切需要解决知识产权的保 护问题。1995年NEC实验室(Nippon Electric Company laboratory)的I.J. 考克斯 (Ingemar J. Cox)等人最早提出了数字水印的概念，以防止数字内容在解密之后被非 法拷贝、再次传播和盗用，以及盗用后无法追溯、证明版权等问题的发生。

数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向，通常包括水印嵌入和提取两 个步骤，即通过一定算法将数字信息嵌入到图像、声音、视频信号等数字载体中， 用以鉴别文件真伪和保护版权，数字信息可以是一段文字，一张图片，也可以是一 段代码。数字水印技术将一些数字标识信息直接嵌入数字载体当中，但不过多影 响原载体品质，也不易被用户察觉。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确 认原始创建者、购买者、判断载体是否被篡改、传送隐秘信息等目的。当用于打击 侵犯知识产权犯罪时，通过合法程序提取的数字水印可作为电子证据证明犯罪 事实。

数字水印技术主要包括四个特征：①隐蔽性。数字水印应是不可感知的，而且不 会影响载体的正常使用，不会降低品质。②安全性。数字水印信息本身应是安全的， 难以篡改或伪造。③鲁棒性。在经历多种信号处理后，数字水印仍能保持部分完整 性并能被准确鉴别。④嵌入容量。载体在不发生质变的前提下可嵌入的水印信息量 大小。嵌入的水印信息必须足以证明多媒体内容的版权信息，有利于解决版权纠纷， 保护数字产权合法拥有者的利益。

随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，除传统领域的版 权保护、隐藏标识、认证外，数字水印可用于电子商务、在线或离线的分发多媒体内 容、大规模的广播服务，以及在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基 于内容的检索等领域得到应用。未来，数字水印的安全不可见通信将在ID卡、信用 卡、ATM卡以及国防情报部门得到广泛的应用2。