多媒体处理软件及Internet的产生和发展，使得多媒体作品的储存、处理、分发和传播变得非常便捷，给人们带来巨大的便利，但同时也带来了盗版、篡改等一系列版权保护和内容完整性保障等问题。为了较好地解决这个问题，数字水印技术应运而生，且随着研究的深入，它将在信息安全领域扮演重要的作用，并有着广阔的应用前景。稳健图像水印是数字水印的其中一个重要研究分支，历经十余年的深入研究后取得了很多成果，但仍有许多待解决的问题，离实际应用还有一段距离。本论文主要研究了稳健图像水印的稳健性、不可见性和大嵌入容量之间的综合优化问题，以及抵抗旋转、缩放和平移(RST)等几何攻击的问题。在这些研究过程中，我们采用了小波域隐马尔可夫模型(DwT-HMM)来精确刻画图像小波系数，并基于此针对特定情况来设计最优的水印检测器以提高检测性能。本论文的主要内容如下： (1)基于DWT-HMM的局部最优检验(LOT)检测器的研究。为了解决检测端无法确切知道嵌入强度系数而导致检测性能大幅下降的问题，通过应用局部最优统计检验假设理论，发展了基于DWT-HMM的LOT检测器，并分析了它的非线性特性及检测性能。实验结果表明，在嵌入强度不是特别大的情况下，LOT检测器的检测性能与可以获知确切强度系数时的同样基于DWT-H删的检测器性能相当； (2)编码和嵌入联合优化的大容量稳健图像水印研究，以在稳健性、不可见性和大容量三者约束之间获得良好的折衷。针对因采用嵌入端带边信息的嵌入策略而导致检测端无法获知确切嵌入强度的问题，我们采用上面(1)中提出的LOT检测器，并进一步用它来构造“脏纸编码”和定义算法的稳健性测度。构造了小波域的watson视觉距离，并用它来定义分别针对图像和向量树的视觉失真测度。根据LOT检测器的非线性特性，我们提出了编码和嵌入联合优化的嵌入端带边信息水印算法；在嵌入阶段，进一步同时考虑稳健性和不可见性的约束，并利用遗传算法获得最优嵌入强度系数来同时优化这对矛盾。大量的仿真实验表明，此算法能以很好的稳健性和相对较好的视觉保真度获得1/64比特/象素的大容量；相对于传统的非嵌入端带边信息嵌入的水印算法，本算法在抵抗JPEG压缩攻击、幅度攻击、低通滤波等方面具有大幅的性能增益； (3)内容自适应稳健图像水印研究。为了更好地优化稳健性和不可见性间的矛盾约束，我们采用内容自适应策略来选取适合于水印嵌入的信号成分来进行水印的嵌入。为此，我们构建了基于能量、熵和IHVS的候选测度；在综合分析和比较了这三种测度的性能后指出，IHVS测度更适合于用作自适应选择信号成分的测度。但采用内容自适应策略后会带来嵌入端和检测端关于所选信号成分的同步问题，为解决这个问题我们采用了同时具有纠正删除和错误能力的RA码，并针对具体情况进行了适配和优化；结合用接收到的图像来训练DWT-HMM参数集的后验DWT-HMM检测器，实现了真正意义上的自适应水印盲检测。实验结果表明，采用了内容自适应策略后，能够在保持相同失真的情况下进一步较好地提高了基于DWT-HMM的算法的稳健性； (4)结合zernike矩和小波域模板抵抗RST几何攻击的稳健图像水印研究。为了识别图像所经受的几何变换，我们设计了一种小波域模板，使得模板和水印都同处于小波域中。同时为了提高模板匹配的效率，提出了一种由粗到精识别几何攻击参数的算法，即首先利用平移归一化图像的Zernike矩估计出缩放和旋转角度参数，并用校正或近似校正旋转和缩放后的图像和原图像间的质心增量来估计平移参数；然后基于这些估计参数在一个相对较小的范围内通过模板匹配来获取准确的旋转、缩放和平移值，并用它们来校正受攻击的图像。结合基于DWT-HMM的水印嵌入和检测策略，实验仿真表明此算法可以有效抵抗基于StirMark 4.0平台的各种单项攻击(如旋转、缩放、平移、剪切(shearing)、JPEG压缩、锐化等)以及基于这些攻击的联合攻击，表现出了良好的稳健性。另外，算法时间复杂度的分析及性能比较表明，此算法能在一定程度上提高模板匹配的效率。