大数据时代，数据量呈爆炸式增长势态，数据更是已经渗透到当今社会的各个行业，成为重要的生产要素。大数据带来便利的同时，也使得信息安全问题变得日渐突出，不仅造成的危害类型变多，而且逐渐涉及人们的隐私，潜在的后果可能更严重。对于多媒体传播重要载体的图像而言，在大数据时代的背景下主要存在三方面的安全问题：（1）人们可以更加容易地对网络上各种图像进行复制、篡改和非法传播；（2）海量数字图像的管理缺乏规划和统一，容易引起知识产权纠纷，以及损害内容提供方的合法利益；（3）网络上色情、暴力、隐私等方面的图片资源泛滥，缺乏有效的监管，影响了青少年的健康成长，也破坏了社会的和谐发展。由此，如何对图像进行认证和识别，如何保护其内容的真实性和完整性已成为信息安全领域一个迫切需要解决的问题。相比传统密码技术，数字水印和感知哈希技术不再是被动防御，而是主动对入侵行为进行防范的安全机制，为解决上述问题提供了可行方法。因此，在图像媒体大量产生和广泛传播的背景下，基于数字水印和感知哈希技术的图像认证具有重要的理论价值和应用价值，已经成为多媒体信息处理领域的研究热点。本论文以静态图像为研究对象，系统回顾了数字图像认证技术的相关理论和经典算法，针对实际应用中面临的诸多复杂问题，围绕图像特征的不变性，提出了三种数字水印认证方案，并基于形状不变矩和四元数思想，分别设计了基于Tchebichef正交矩和基于四元数极坐标谐波变换矩的图像感知哈希认证方案。本文的创新成果概况如下：1．针对传统SVD域图像水印认证算法存在过高虚警率的问题，基于SVD的不变性，提出了一种新的可靠图像水印认证算法。主要思想是在SVD-DWT水印算法的基础上通过水印的正交U分量的相似性测度来解决虚警问题，并且采用了启发式人工蜂群算法对水印的嵌入强度因子进行优化，从而使其在鲁棒性和不可感知性之间达到很好的平衡。2．为了更好地对数字图像进行版权保护，提出了一种基于奇异值的可视密码版权保护算法。主要思想是综合奇异值之间的不变性，模糊C-均值聚类对特征矢量的模糊划分，以及人工蜂群算法自适应选择特征子块的优点，实现(2,2)可视密码版权保护算法。实验结果表明，该零水印算法不仅能在不改变载体图像的情况下实现版权保护，而且鲁棒性强，能有效地抵抗常见的各种攻击。3．围绕图像正交矩的不变性，提出了基于径向Tchebichef形状不变矩特征的鲁棒和安全的图像感知哈希认证方案。径向Tchebichef矩是采用Tchebichef正交核构造的径向矩，具有良好的正交性和鲁棒性，本文算法利用它提取图像的亮度信息，并采用自适应量化方法对径向矩不变量进行量化，最后利用随机格雷码将哈希中间值矢量映射为二进制哈希码。实验结果验证了所提算法良好的鲁棒性和辨识性，是一种有效的认证算法。4．提出了一种基于四元数极坐标谐波变换矩的图像哈希方法。极坐标谐波变换矩的核函数计算简单，相比Zernike、Tchebichef等正交矩，它的核函数分布更均匀，稳定性更强。另外，利用四元数思想，该哈希方法将三色空间上的彩色图像视为一个矢量整体来处理，保留了彩色图像各通道间的相互关系，既弥补了传统颜色特征不能形象反映物体的具体形状特征的不足，又解决了传统形状不变特征对颜色变化不敏感的缺点。5．提出了一种基于图像正规化的鲁棒图像保护算法。该算法综合了SVD奇异值之间的不变性、模糊可能C-均值聚类和图像正规化的优点，其中图像正规化的引入主要增强了算法的抗几何攻击能力，而SVD和模糊可能C-均值聚类则用于有效生成验证图。利用这个验证图，任何人不需要原始图像就可以公开验证图像的版权，具有很强的实用性。此外，对水印的Logistic混沌置乱也进一步提高了算法的安全性。实验结果表明本文算法在抵抗常规图像攻击方面取得了较好的效果。