数字水印图像鲁棒性测试与攻击评估系统

资 源 简 介

该项目主要用于评估数字水印算法的鲁棒性，通过对已嵌入水印的载体图像施加多种常见的图像处理攻击，验证水印信息的抗干扰能力和提取精度。程序实现了以下核心攻击模块：首先是噪声攻击，包括向图像添加高斯噪声、椒盐噪声及乘性噪声，模拟信号传输过程中的随机干扰；其次是滤波攻击，涵盖均值滤波、中值滤波和高斯低通滤波等平滑操作，用于检测水印在去燥处理后的存留情况；第三是几何攻击，支持图像的任意角度旋转、四周或中心剪切，模拟缩放与裁剪带来的空间域破坏；第四是压缩攻击，通过调节JPEG压缩质量因子，分析有损压缩对水印比特位的影

详 情 说 明

鲁棒性评估：加水印图像的多维度攻击测试系统

项目介绍

本系统是一个基于MATLAB开发的数字水印鲁棒性评估工具。其核心目标是量化评估各种图像处理攻击对水印信息的破坏程度。通过在载体图像中嵌入指纹信息，并施加噪声、滤波、几何变形及压缩等多种维度的模拟攻击，系统能够自动计算图像质量损失（PSNR）与水印提取精度（NC），为水印算法的鲁棒性分析提供直观的数据支持。

功能特性

1. 多维度攻击模拟：集成四大类、八种具体的图像攻击模型，全面覆盖常见的信号传输环境。
2. 自动化评估流程：一键完成“嵌入-攻击-提取-分析”的全过程，无需人工干预。
3. 可视化分析界面：通过对比图阵列和指标柱状图，直观展示不同攻击对载体质量和水印细节的影响。
4. 综合量化指标：提供峰值信噪比（PSNR）评估图像失真情况，提供归一化相关系数（NC）评估水印提取成功率。
5. 结果汇总统计：在控制台输出详细的测试报告，支持精确对比不同攻击下的抗干扰性能。

系统功能实现细节

1. 水印嵌入模块

系统采用基于离散余弦变换（DCT）的水印嵌入算法。它将512x512的载体图像划分为8x8的不重叠分块。对每个块进行DCT变换后，选取具有较好能量分布的中频系数（4,4坐标处）进行修改。根据二值水印的特征位（0或1），通过嵌入强度因子（alpha）对该系数进行加减操作，最后通过逆变换生成含水印图像。

1. 图像攻击模块

程序实现了以下具体的攻击函数：

• 噪声攻击：包含方差为0.01的高斯噪声和密度为0.02的椒盐噪声，模拟电子干扰。
• 滤波攻击：包括3x3窗口的均值滤波和中值滤波，模拟图像平滑与去噪处理。
• 几何攻击：支持10度任意角度旋转（采用双线性插值并裁剪保持原尺寸），以及四周边缘剪切（将25%的边缘像素填充为黑色），模拟空间域的结构破坏。
• 压缩攻击：利用JPEG压缩机制，通过设置质量因子为50的损耗性压缩，测试水印在信源编码下的存留能力。

1. 水印提取与检测模块

提取过程为嵌入的逆过程。系统对受攻击后的图像再次进行分块DCT变换，访问相同的频域坐标（4,4）。采用硬判决逻辑：若该处系数大于零，则判决水印位为1，否则为0。提取出的数据被重组成原始水印尺寸的图像以便可视化。

1. 性能指标计算逻辑

• PSNR（峰值信噪比）：通过计算原始含水印图像与受攻击图像之间的均方误差（MSE）来衡量图像外观的受损程度。
• NC（归一化相关系数）：通过对原始二值水印与提取水印进行点乘运算并归一化，评价两者的相似度。NC值越接近1，说明算法鲁棒性越强。

系统执行流程

1. 环境初始化：自动清理内存并准备测试用图像数据。
2. 数据预处理：载体图像统一缩放至512x512并转换为灰度图；生成64x64的特定几何形状二值水印。
3. 水印植入：调用DCT算法完成水印的隐蔽嵌入。
4. 循环攻击测试：遍历预设的攻击列表，对同一张含水印图像分别施加各种干扰。
5. 实时评估：在每个循环内即时计算PSNR和NC指标，并生成对应的图像副本。
6. 结果汇总：弹出可视化窗口展示攻击前后对比图，并在终端打印汇总报表。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将程序文件所在的目录设置为当前工作空间。
3. 在命令行窗口直接运行主函数名称。
4. 运行结束后，系统将弹出包含三行图像的图表：

- 第一行：受攻击后的载体图像效果。 - 第二行：从对应受攻击图像中提取出的水印。 - 第三行：各项攻击下的评价指标可视化分布。

1. 查看命令行输出的“鲁棒性评估报告”获取精确数值。

系统要求

• 运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 依赖工具箱：Image Processing Toolbox（图像处理工具箱）。
• 硬件配置：标准PC即可，程序针对512x512尺寸图像进行了优化，具备良好的运行效率。