【摘 要】
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遥感影像是人类对地观测的重要成果,它提供了“从空间角度看地球”的全新地学观测视角。目前,遥感影像已被应用于环境、地质、生态等诸多领域,极大支撑了现代地理学及其他相关学科的发展。随着信息共享服务的兴起,遥感影像在互联网环境中被广泛的传播、分发与使用。遥感影像处理软件(如ENVI、ERDAS等)的广泛应用,也使遥感影像经受着被有意或无意修改的可能性。从信息安全的角度出发,如何验证遥感数据在传输与使用的
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遥感影像是人类对地观测的重要成果,它提供了“从空间角度看地球”的全新地学观测视角。目前,遥感影像已被应用于环境、地质、生态等诸多领域,极大支撑了现代地理学及其他相关学科的发展。随着信息共享服务的兴起,遥感影像在互联网环境中被广泛的传播、分发与使用。遥感影像处理软件(如ENVI、ERDAS等)的广泛应用,也使遥感影像经受着被有意或无意修改的可能性。从信息安全的角度出发,如何验证遥感数据在传输与使用的过程中的内容完整性,验证数据内容的真实性并保证其不被恶意篡改,是数据的分发与管理者面临的重要问题,也是遥感数据在互联网环境中安全传播与使用的基础性保证。完整性认证,指的是验证数据在传输与使用的过程中,内容信息是否发生改变的过程。已有遥感影像完整性认证方法主要基于数字签名技术、脆弱水印技术来实现。基于数字签名技术和脆弱水印技术的遥感影像完整性认证算法,本质上是比特级认证,即数据只要发生1bit的变化,即被认定为篡改数据。这在实际应用中可用性较差,因为一些内容保持型操作(如版权水印嵌入、格式转换等)并没有改变数据的内容信息,却易被上述方法认定为篡改。感知哈希技术,是多媒体数据中常用的内容检索、匹配技术,它的特点是对内容保持型操作具有鲁棒性,对内容篡改型操作具有敏感性。已有诸多文献将感知哈希技术应用于遥感数据完整性认证中。但总结起来,已有研究大致存在三个问题:(1)没有“遥感数据完整性”的精确释义,即篡改影像与非篡改影像的边界较为模糊;(2)已有算法多采用一种影像特征(如特征点、边缘线、纹理信息等)构建哈希序列,对混合主题下的影像认证不具有普适性;(3)在互联网共享传播环境下,时间效率的提升带来信息共享效率的提升,故而已有算法的时间效率仍有提升空间。针对这些问题,本文采用全局与局部特征相结合的思想,构建适用于遥感影像的感知哈希系列。总体而言,提升了认证的精度与可解释性,并对篡改边界这一基础性问题进行了详细研究。具体的研究内容如下:(1)分析了遥感影像的特点及其现有完整性认证算法所存在的问题;分析了感知哈希的原理、特点、适用场景;分析了各类全局特征提取方式、局部特征提取方式,并分析了将全局与局部特征结合进行哈希序列构建的可能性。(2)针对前述遥感影像感知哈希算法多采用一种特征进行哈希序列构建的问题,提出了一种全局与局部特征结合的高分辨率遥感影像完整性认证算法。使用Zernike矩作为影像的全局特征,使用FAST特征点作为影像的局部特征,二者结合进行哈希序列的构建。该方法实现了亚格网级别的篡改定位,相较于已有算法提升了时间效率。(3)针对前述篡改影像与非篡改影像的边界较为模糊的问题,构建了感知相似、篡改影像、不同影像这三个数据集。实现了遥感影像篡改边界的分析,即实现了对“何为遥感影像篡改”这一问题的较为详细的分析。该分析方法不仅适用于本文,亦可为后续的相关研究中算法阈值的确定提供较为可行的思路。(4)DEM是高分辨率遥感影像的二级产品。相较于高分影像,DEM数据的完整性认证对算法的设计提出了更高的挑战。基于此,本文提出了一种针对航空遥感DEM数据的,结合DCT变换与地统计量度量的感知哈希完整性认证算法。该算法克服了已有认证算法对内容保持型操作不具有鲁棒性的问题,兼具篡改定位功能。
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