第 33 卷第 2 期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.33No.2
2011 年 2 月 Journal of Electronics & Information Technology Feb. 2011
基于约束随机分块的 NMF 图像哈希算法
项世军
*①
杨建权
②
①
(暨南大学信息科学技术学院 广州 510632)
②
(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055)
摘 要：基于非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization, NMF)的图像哈希(image hashing)算法对图像有损
压缩，低通滤波、尺度拉伸等处理具有很好的稳健性，但对图像旋转比较敏感。为此，该文在对 NMF 哈希算法的
分块模式进行深入研究的基础上，提出一种可抗旋转攻击的 NMF 图像哈希算法。该方法通过对随机分块的区域进
行限制，并选择合适的分块尺寸来减轻旋转攻击对图像造成的不良影响，从而提高了特征的旋转稳健性。实验表明，
所提出的图像哈希算法在保持原 NMF 哈希算法对其它攻击稳健性的同时，能有效地抵抗旋转攻击。
关键词：图像处理；图像哈希；非负矩阵分解；稳健性；旋转
中图分类号：TN911.73
文献标识码： A 文章编号：1009-5896(2011)02-0337-05
DOI: 10.3724/SP.J.1146.2010.00212
NMF-Based Image Hashing Algorithm Using Restricted Random Blocking
Xiang Shi-jun
①
Yang Jian-quan
②
①
(School of Information Science and Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China)
②
(Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055, China)
Abstract: The NMF (Non-negative Matrix Factorization)-based image hashing is robust to common image
operations (such as lossy compression, low-pass filtering, resolution scaling and etc.), but is sensitive to rotation
operations. After carefully investigating the blocking strategy of the original NMF-based scheme, a
rotation-resilient image hashing algorithm is proposed. The proposed algorithm reduces the undesirable effect
induced by image rotation through constraining blocking range and adopting appropriate block size, and thus
provides better robustness to image rotation. Experimental results demonstrate that the proposed hashing
algorithm provides a satisfactory robustness to image rotation while keeping its performance to common image
processing operations.
Key words: Image processing; Image hashing; Non-negative Matrix Factorization (NMF); Robustness; Rotation
1 引言
图像哈希(image hashing)是图像数据的一种紧
凑表达，可用于图像内容真实性认证和基于内容的
图像检索。用于认证的图像哈希需对常见的图像处
理操作和几何失真稳健，同时要能检测恶意的篡
改
[1,2]
。
目前已有的图像哈希算法中，文献[1]利用DCT
系数的相对关系来生成哈希值；文献[3]则利用DCT
系数本身来构造哈希函数；文献[4]引入DCT频率敏
感度矩阵来计算哈希值；文献[2]提出一种基于图像
小波分解的哈希构造方法；文献[5]提取V变换域上
2010-03-09 收到，2010-09-23 改回
国家自然科学青年基金(60903177)，中央高校基本科研业务费专项
资金(21609412)，博士点新教师基金(200805581048)和中国青年科学
基金(61003297)资助课题
*通信作者：项世军 xiangshijun@gmail.com
的系数来产生哈希值；文献[6]结合DCT变换、
Watson视觉模型和混沌模型来设计哈希算法。上述
哈希方案对有损压缩、低通滤波等操作稳健，但一
个共同缺点是不能有效抵抗旋转、拉伸等几何攻击。
在目前已提出的针对几何攻击的图像哈希算法中，
文献[7]的基于直方图形状的图像哈希算法能有效地
抵抗几何失真；文献[8]用傅里叶幅度谱极坐标变换
的平移、旋转不变性来设计哈希算法；文献[9]用
SVD(Singular Value Decomposition)来构造哈希函
数。上述3种哈希方案对图像的几何失真稳健，但在
图像特征的选取上存在不足
[10]
。非负矩阵分解(NMF)
能有效获取图像的特征
[11]
，近年来在图像哈希研究
中受到了高度重视
[12,13]
。文献[12]利用图像的NMF
特征向量来设计哈希，对常见的图像处理操作及裁
剪、拉伸等几何失真稳健。孙悦等人
[13]
改进了NMF
算法的稳定性，用于图像检索。本文大量的实验及
资源评论
