1 绪论
1.1课题研究背景和意义
在计算机技术论文代写和网络应用飞速发展的时代，数字化变得越来越普及。医学健康领域也为了进一步适应数字化发展的要求，同时满足病患对医疗诊断质量的更高需求，医学领域的数字化信息管理产业加速的发展起来(中国医院协会信息管理专业委员会，2008) [1]。人们逐渐开始使用辅助教学系统和影像存盘与通信系统(Picture Archiving and Communication Systems, PACS)等主流的数字化信息管理系统在医院与医院、部门与部门之间进行病人的电了病历，医学影像等诊疗信息的交流与传输。而原始的胶片存储方式也被计算机X射线断层扫描技术(Computed Tomography, CT),超声影像(Ultra songraphy，US),磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)等成像技术以数字化存储方式所取代(黎杨梅，2009;门怀宇，2005) [34]。数字化的医学信息通过医疗信息共享平台提供的协同服务，使得远程医疗诊断服务得以实现，同时也方便了医学影像在教学、科研中的应用研究(吕海莲等，2004)。但是网络的推广应用具有它的两面性，在让我们体会到它带来的便利与巨大效益的同时，也对医学影像等信息在安全传输产生了巨大的威胁，考虑到由于网络传输而可能带来的诸如恶意攻击或者对影像数据进行的非法拷贝、截取或者篡改等危险行为，以及由此可能造成的过失误诊，病人或者医院信息的泄露等重大问题，所以增强数字化医疗信息的安全性很自然的变成了一个研究的热点，也成为了一个亟待解决的难题(郭雷，2005;张建国，2006) [5-6]。
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1.2数字水印技术及其在医学图像中的应用
随着人们对健康的不断重视，促使了医疗数字化产业的飞速发展，而数字医学影像也因为能够更具体的反映出健康的状况帮助医生得出更准确的诊断而备受重视，对于它的保护和隐藏在他其中的重要信息的保护变成了热门的话题和研究的焦点，为了能够保证它安全的在网络上进行传输，方便医疗信息的共享和实时的诊断治疗，数字水印技术带着它独有的特点从众多加密机制中脱颖而出，成为了目前争先研究的热点，随之而来的，医学图像数字水印技术也就产生了。这就为数字医学图像的交流提供了强有力的保障措施，使人们能够在进行交流的同时，不再为可能发生的信息安全问题而担忧，对现代医学健康领域而言研究意义重大(黎杨梅，2009;门怀宇，2005;郭雷，2005;张建国，2006) [3-6]。鲁棒水印、脆弱水印和半脆弱水印是目前为了保护医学图像而提出的三种水印(曹守斌，2012;陈帆等，2005;陈帆等，2006;张爱辉等，2008;王娟，2009;和红杰等，2009;李亚琴等，2006;张宪海等，2007;余淼等，2007;和红杰等，2008;王国栋等，2008)[19-29]。我们把那些能够在面对不同类型和程度的攻击都很难从数字图像中移除的水印称之为鲁棒水印(石红梅等，2011；吴崇明等，2002)，也正因为这个特性，它常应用在版权保护中。而与此相反的，如果嵌入水印后的图像在发生篡改等破坏行为后，能从提取出的水印信息巾反映出哪里遭到了篡改或者破坏，这一类的水印就称之为脆弱水印，它一般应用于数据认证中。
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2医学图像数字水印的数学理论
2.1 Arnold置乱技术
为了进一步加强水印信息的安全性，通常会想到能否将它打乱到肉眼无法轻易辨认的地步，使得攻击者即使提取出水印信息后也无法将它进行恢复，从而无法获取到准确的水印信息，基于这个思想，置乱变换出现在了水印的预处理阶段，且变得曰益普遍。它的使用使得水印信息的安全性能有了质的飞跃，也使水印算法的鲁棒性能有了较大的提升(黄兴等，2008) [72]。由于通常情况下，加密的对象是不一样的，所以根据他们的不同可以将置乱分为三类：利用一些数学手段如矩阵变换等，将原图像的像素位置进行一定程度的移动去打乱图像的信息，这种置乱称之为基于位置空间的置乱加密，一般情况下，这种置乱的逆置乱都是通过将由于之前置乱而引起的图像像素点位置进行逆变换来对原图像进行恢复；另一种置乱加密则是通过数学知识或其他性质，将原图像像素的灰度值或RGB值进行一定程度的改变，以此让原图像变得面目全非，无法识别，这种就称之为色彩空间的置乱加密；最后一种是基于频域空间的置乱加密，它扰乱原始载体数据的方式是扰乱一些常用数学变换的系数值(邹长华等，2011；成年胜，2011；张行才等，2009) [73-75]。为了能够更好地提升算法的安全性能，我们在进行置乱时通常会使用密m,这样，当图像在网络上传输时，接收方可以通过密朗和相应的逆变换算法去解密将原图进行恢复。
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2.2离散傅里叶变换
DCT的性能十分接近K-L变换，所以常被认为是对图像的一种近似最佳变换。它也是当前所有有关图像编码一系列国际标准的（JPEG、MPEG、H261/263)核心组成部分，具有运算速度快，精度高，容易实现等多种优点。图像经二维离散余弦变换后，其系数可以分为一系列的AC分量和一个DC分量。AC分量集巾了原图像块的主要能量，而DC分量用来表示平均亮度。同时，AC分量又可分为3部分（即高频、巾频、低频这三部分）。其中，图像的大部分能量分布在低频系数中，较少的能量分布在中频系数中，而更少的能量聚集于高频系数中。因此，一般选择将水印信号嵌入到DCT系数的中、低频部分，这样会具有较好的鲁棒能力。我们习惯把水印嵌入到这部系数中以实现水印算法较好的鲁棒性能。一幅图像进行DCT变换之后，如图2-2所示。发现变换后的图像，左上角部分较亮，也说明了 DCT系数的低频部分聚集着图像的主要能量。
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3 医学图像鲁棒水印算法....... 22
3.1 引言 .......22
3.2 基于Arnold置乱和DCT的医学图像鲁棒水印算法....... 22
3.3 基于Arnold置乱和DWT-DCT的医学图像鲁棒....... 31
3.4 本章小结 .......40
4 基于Arnold置乱和变换域的三维医用体数据....... 41
4.1 引言....... 41
4.2 基于Arnold置乱和3D-DFT的医用体数据鲁棒水印方法....... 41
4.3 基于Arnold置乱和三维小波变换.......53
4.4 本章小结.......65
5 总结与展望....... 66
5.1 全文总结....... 66
5.2 未来的研究展望....... 66
4基于Arnold置乱和变换域的三维医用体数据鲁棒水印算法研究
4.1引言
当医学体数据在网络上进行传输时，安全隐患也很大，而将数字水印技术应用在三维体数据中时又面临了更大的技术难题，由于通常情况下，体数据是由切片组成的，它的每一片就是一张医学图像，所以在水印嵌入时，不可以对其中任意一片的质量产生影响，这就对水印算法的不可见性提出了更高的要求；不仅如此，通过CT成像技术，核医学成像技术，MRI成像技术，以及超声成像技术等获得的患者影像，都需要精密的医学成像设备，成本不菲，所以不论从哪个角度考虑，对医学体数据造成质量影响的操作都必须慎重进行。所以我们的水印算法，必须在保证鲁棒性能的同时满足更高的透明性要求(黎杨梅，2009；门怀宇，2005;张建国，2006; Navasetal., 2007；Mustafaetal., 2011；李京兵，2007；李京兵等，2012)以这个目的出发，在这一章巾，主要对三维的医用体数据做了相关研究，在对二维医.学图像进行研究的基础上，对Arnold置乱技术进行了进一步的优化，增强了其加密效果，并成功的将鲁棒水印算法，及多水印算法应用在了三维的民学体数据巾，而且通过实验也可以证明，本章提出的三维医学体数据鲁棒水印算法依然保有较好的鲁棒性，在解决难题的同时，也进一步加强了对医学体数据的安全性的保护，更增添了其在民学领域的研究和实用价值。
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结论
为了能更好地解决由于远程传输而给数字医疗信息带来的安全隐患，本论文分别以二维和三维医学图像为研究对象，提出了一种鲁棒水印算法，和一种多水印算法。利用Arnold置乱技术对水印信息进行加密预处理，实现对水印信息的双重保护，再配合零水印技术，在变换域中提取出一个具有较好鲁棒性的特征向量，通过HASH函数异或实现水印的嵌入与提取，更有效的提高了算法的鲁棒性。在此基础上，考虑到医学图像对水印嵌入的高容量需求，在保证算法鲁棒性和不可见性的同时，进一步扩大了水印的嵌入容量。算法弥补了传统密码学技术的局限性，更为病患和医疗信息化产业的健康持续的发展提供更有效地安全保障。主要研究工作如下：以进一步增强水印信息的安全性，提高算法的鲁棒性能为出发点，对加密预处理算法进行了相关研究。Arnold置乱由于其良好的周期性、可逆性置乱效果好和安全性高等特点，最终选用Arnold置乱技术来对水印信息进行加密预处理，给水印信息双重保护。
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参考文献（略）