趙春暉，劉巍

基于分塊壓縮感知的圖像半脆弱零水印算法

趙春暉，劉巍

目的：數(shù)字水印作為一種有效解決圖像版權(quán)、內(nèi)容認(rèn)證和完整性保護(hù)等問(wèn)題的技術(shù)，長(zhǎng)期受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員的關(guān)注。但是傳統(tǒng)的水印技術(shù)需要向宿主圖像中嵌入水印，影響了圖像的原有信息，這在很多對(duì)圖像內(nèi)容要求很高的應(yīng)用中是不允許的。近年來(lái)提出的壓縮感知（Compressive Sensing，CS）理論為零水印的構(gòu)造提供了一種可行的解決途徑。方法：針對(duì)數(shù)字圖像的內(nèi)容認(rèn)證和完整性保護(hù)問(wèn)題，本文提出了一種基于分塊壓縮感知的圖像半脆弱零水印算法（BCS-SFZ）。首先將圖像劃分成若干分塊，分塊大小可以根據(jù)水印數(shù)據(jù)量和篡改定位精度調(diào)整。再按照壓縮感知理論對(duì)各個(gè)圖像塊進(jìn)行觀測(cè)，并將觀測(cè)值作為零水印信息注冊(cè)保存。BCS-SFZ采用了零水印技術(shù)來(lái)保證原始圖像數(shù)據(jù)不被干擾，滿足了對(duì)圖像質(zhì)量要求較高的應(yīng)用。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BCS-SFZ算法可以準(zhǔn)確定位非法篡改并借助水印信息恢復(fù)被篡改的區(qū)域。壓縮感知理論的引入為算法提供了保密性支持，并且有利于實(shí)現(xiàn)圖像成像與水印生成的同步，同時(shí)該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算復(fù)雜度低。攻擊者對(duì)于零水印圖像的攻擊分為3種情況：（1）僅知道圖像內(nèi)容；（2）僅知道水印內(nèi)容；（3）既知道圖像內(nèi)容又知道水印內(nèi)容。幾乎所有的水印系統(tǒng)都是根據(jù)第1種情況設(shè)計(jì)的，攻擊者很難在不知道水印構(gòu)造的前提下對(duì)水印圖像進(jìn)行不被察覺的篡改。第2種情況針對(duì)含有保密內(nèi)容的圖像，例如軍事應(yīng)用中的遙感圖像以及用于法庭作證的證據(jù)圖像，攻擊者在無(wú)法竊取原始圖像的情況下從水印數(shù)據(jù)庫(kù)中竊取了零水印信息，并希望由此推斷出原始圖像的內(nèi)容。水印的保密性由壓縮感知觀測(cè)值的保密性提供，觀測(cè)矩陣中元素的隨機(jī)性決定了觀測(cè)值具有隨機(jī)噪聲的性質(zhì)，獨(dú)立于密鑰使用時(shí)不具備任何實(shí)際意義，這一特性使得攻擊者在不經(jīng)過(guò)重建的前提下無(wú)法通過(guò)分析觀測(cè)值來(lái)推斷原始圖像的內(nèi)容，確保了第2種情況下的保密性。對(duì)于第3種情況，參考水印檢測(cè)原理可知，任何對(duì)于圖像具有實(shí)際意義的修改都會(huì)造成像素灰度值較大范圍的變化，而這種變化均會(huì)被水印檢測(cè)出來(lái)，這就使得攻擊者在同時(shí)獲得圖像與水印的情況下也無(wú)法構(gòu)造出既不會(huì)被檢測(cè)又有具實(shí)際意義篡改。當(dāng)然如果攻擊者具備同時(shí)替換版權(quán)人手中的密鑰以及數(shù)據(jù)庫(kù)中的注冊(cè)水印的能力的話，那么他可以對(duì)圖像進(jìn)行有效篡改，而在此種情況下所有水印算法對(duì)其均失效。結(jié)論：BCS-SFZ將壓縮感知理論與零水印技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種新的半脆弱水印策略。圖像通過(guò)壓縮感知獲得的觀測(cè)值包含原圖像攜帶的所有信息，可以簡(jiǎn)潔而全面的表征圖像的全部特征。以觀測(cè)值作為水印具有操作簡(jiǎn)單（僅需要通過(guò)一個(gè)線性變換即可）、對(duì)惡意篡改敏感和對(duì)合法操作容忍度高、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，而且被篡改內(nèi)容可以通過(guò)水印信息恢復(fù)。

來(lái)源出版物：自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2012, 38(4): 609-617

入選年份：2015

軟件定義的系統(tǒng)與知識(shí)自動(dòng)化：從牛頓到默頓的平行升華

王飛躍

摘要：回顧知識(shí)自動(dòng)化的歷史，起源可以追溯到古希臘亞里多士德的描述性知識(shí)和原始的形式邏輯以及工業(yè)革命之初英國(guó)布爾對(duì)其變革性的拓展。半個(gè)世紀(jì)前人工智能的正式提出，以及隨后而來(lái)的知識(shí)表示、專家系統(tǒng)、知識(shí)工程、智能系統(tǒng)等，構(gòu)成了知識(shí)自動(dòng)化完整的演變發(fā)展歷史。本文從Cyberspace、社會(huì)信號(hào)和默頓系統(tǒng)的興起這一時(shí)代特征為起點(diǎn)，討論知識(shí)自動(dòng)化的意義與相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題，從智能算法到知識(shí)機(jī)器人看其技術(shù)基礎(chǔ)及趨勢(shì)，從軟件定義的系統(tǒng)和流程探討其與系統(tǒng)工程的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從平行系統(tǒng)的角度研究其在復(fù)雜控制和 管理過(guò)程中的重要作用。為什么我們現(xiàn)在需要知識(shí)自動(dòng)化？一言以概之：工業(yè)時(shí)代需要工業(yè)自動(dòng)化，知識(shí)時(shí)代必須知識(shí)自動(dòng)化。工業(yè)時(shí)代的發(fā)展在許多方面對(duì)人類的體力提出了“非分”的要求，迫使人們必須依靠工業(yè)自動(dòng)化的手段來(lái)“補(bǔ)償”其體能上的不足，才能實(shí)施、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)各類大型或精密的系統(tǒng)和過(guò)程；同理，面臨物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能技術(shù)等，正在迅速興起的知識(shí)時(shí)代也對(duì)人類的智力提出了更高、更加“非分”的要求，人們更需要借助知識(shí)自動(dòng)化的方法來(lái)“彌補(bǔ)”其智能上的不足，進(jìn)而才能去完成各種層出不窮的不定、多樣、復(fù)雜任務(wù)大數(shù)據(jù)特別是社會(huì)信號(hào)的出現(xiàn)為知識(shí)時(shí)代復(fù)雜任務(wù)的描述、建模和解析提供了新的思路。以網(wǎng)絡(luò)信息為主要表現(xiàn)形式的開源數(shù)據(jù)，雖然被認(rèn)為是印刷出版發(fā)明后知識(shí)之產(chǎn)生與傳播的又一場(chǎng)革命，但其價(jià)值仍未被充分地認(rèn)識(shí)。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，對(duì)于正式渠道的態(tài)勢(shì)評(píng)估和決策支持而言，基本還處于“無(wú)用”狀態(tài)。無(wú)用之用，眾用之基：大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們應(yīng)該以開源信息為主，匯集海量數(shù)據(jù)，然后通過(guò)定量的方式來(lái)描述、分析、評(píng)判知識(shí)的價(jià)值，服務(wù)于企業(yè)、科技甚至社會(huì)決策。從技術(shù)發(fā)展的角度而言，在機(jī)械化、電氣化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化之后，我們正進(jìn)入第5個(gè)發(fā)展階段，即虛實(shí)互動(dòng)的平行化時(shí)代。軟件定義的系統(tǒng)、“激活”的情報(bào)以及靈活的動(dòng)態(tài)網(wǎng)群組織將成為平行時(shí)代成功企業(yè)管理和運(yùn)營(yíng)不可或缺的關(guān)鍵因素。軟件定義系統(tǒng)的構(gòu)建和使用，為企業(yè)管理和決策提供了真實(shí)可靠的科學(xué)依據(jù)。在企業(yè)內(nèi)部，構(gòu)建與之互動(dòng)演化、反饋執(zhí)行、協(xié)同發(fā)展的人工流程、人工工廠及人工企業(yè)，可針對(duì)流程執(zhí)行管理、資源分配調(diào)度及企業(yè)生產(chǎn)制造進(jìn)行建模計(jì)算、生產(chǎn)優(yōu)化以及監(jiān)控預(yù)警。在企業(yè)外部，利用知識(shí)自動(dòng)化技術(shù)，可針對(duì)特定問(wèn)題，將各種各樣的相關(guān)網(wǎng)站、博客、論壇、微博、微信及其組合視為觀察和獲取企業(yè)決策所需知識(shí)的“信源頻道”和“傳感網(wǎng)絡(luò)”，從而高效并準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)定位的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)和決策需求信號(hào)。隨后基于軟件定義的企業(yè)對(duì)需求信號(hào)進(jìn) 行數(shù)據(jù)計(jì)算和知識(shí)解析，構(gòu)造“激活”的情報(bào)，為企業(yè)流程管理、生產(chǎn)制造、決策制定提供有效準(zhǔn)確和靈活的輸入。在這其中，動(dòng)態(tài)網(wǎng)群組織（CMOs）是社會(huì)信號(hào)獲取、社會(huì)需求定位的關(guān)鍵。這要求我們必須充分認(rèn)識(shí)到世界正從牛頓系統(tǒng)為主導(dǎo)向以默頓系統(tǒng)為主導(dǎo)的演化，并迫切需要考慮智能的“虛實(shí)二象性”。在牛頓系統(tǒng)中，多數(shù)定律是發(fā)現(xiàn)的；在默頓系統(tǒng)中，多數(shù)定律是發(fā)明的。利用泛在的便攜式移動(dòng)傳感設(shè)備、蓬勃發(fā)展的社會(huì)媒體以及網(wǎng)絡(luò)世界無(wú)限的信息和智力資源，知識(shí)自動(dòng)化將把人納入數(shù)據(jù)生成、信息感知、知識(shí)推理、智慧解析、決策執(zhí)行，然后生成新的數(shù)據(jù)的整個(gè)閉環(huán)過(guò)程中。因此，平行時(shí)代的知識(shí)自動(dòng)化必然是信息化、自動(dòng)化、智能化、人機(jī)化等的有機(jī)融合，必須從物理信息系統(tǒng)（CPS）走向物理社會(huì)信息或社會(huì)物理信息系統(tǒng)（CPSS）。

來(lái)源出版物：自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2015, 41(1): 1-8

入選年份：2015