图像在医学影像中的实用性

基本思想是通过混沌系统运算出一个混沌序列，将这个序列按照事先选取的既定的算法或是排列方案进而进一步进行运算以生成新的一个序列。与此同时，为了保证原混沌序列的位置与计算后的新序列之间的变换位置是一一对应的，又进一步利用了混沌系统的遍历性。实验表明，这种通过由混沌系统得出的混沌序列的进而对其进一步运算得到的变化关系在应用到图像置乱后可以实现明显的图像置乱效果。同时为了改变加密图像的统计特性、图像像素值以及降低图像像素值间的相关性，也可以通过单个混沌序列或多个复合的混沌序列来实现改变。数字图像信息隐藏数字图像信息隐藏技术也可用于保护病人医学影像的隐私。基本思想是，将需要被加密的医学图像的数字信息隐藏在另外一幅无关的图像中，比如一幅公开图像。这幅图像要求具有一定的迷惑性、大众性，以便迷惑攻击者，能够降低转移其注意力，这样就降低了图像被攻击的几率；与此同时，通过一定算法改变加密图像的原有的统计特性。以达到保护被加密影像的目的。应用其中的调配融合算法、“中国拼图”算法可以使图像的信息隐藏达到一个高质量的水平。另外，还可以综合各种不同的算法的特点，将数字隐藏技术扩展到声音、图像等不同的信息载体中的信息隐藏需求中去。另外，近年来新兴的一种数字作品版权保护技术——数字图像水印技术[3]，能够有效地保护作者以及出版商的合法权益不受侵犯，现已被广泛应用于印刷领域中，具有了广阔的使用价值和商用价值，成为多媒体及知识产权保护的有效手段之一。数字图像水印技术是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支。为了显示创作者对其作品的所有权，这种隐藏技术将具有某种意义的数字水印利用数字嵌入方法将其隐藏在其作品（可以是多种信息载体，比如视频、图像、声音、文字等数字产品）中。在进行印刷品真伪验证时，可通过水印的检测、分析来保证数字信息的完整性及可靠性。数字图像分存数字图像分存技术是把一幅需要进行保护的数字图像分割成多幅图像进行传输。被分割后的图像不再具有某种特殊的意义成为无意义或是看起来杂乱无章的图像。也可将分割后图像进一步隐藏到另外几幅不相关的或是具有一定迷惑作用的图像中进行存储获传输。这类似于数据组的分包传输。这样可以避免因个别图像的传输丢失而造成病人隐私信息遭到泄露的危险，而且也起到在通信中个别被分割后的图像信息的丢失与泄露不会影响原始图像信息的泄露。数字图像分存技术的特点使窃密者窃取完整的原始图像的成本大大增加，而且也提高了病人图像隐私的保密程度同时，若将图像置乱技术、图像隐藏技术、图像分存技术三者结合起来将使图像的安全传输有了较高的可靠性。

对病人实行连续诊断，及时获取病情发展状况成为未来要实现的目标；同时，病人的隐私在图像传输过程中也增加了泄露和被攻击的风险，因此，在某种特定情况下对病人图像信息的传输需要进行加密保护。实现这一目标的关键技术就是安全性高、保密性强、延时短的图像加密通信系统。图像加密通信系统对病人的病情进行实时监护，并将病人的信息实时传回到医生的监控中心，使医生能够通过监控屏幕实时查看了解病人的具体情况，以能够及时做出正确的医疗诊断。目前数字图像的特点决定了其在存储传输时必定要占用较大的空间与带宽，再加上其需要处理的信息量大，这就进一步给图像的加密和通信带来了困难。而远程医疗更需要清楚的观测到病人的详细病情，就进一步加大了保密通信的难度。因此需要将图像压缩以及图像加密两个技术结合起来对数字图像的传输进行处理。图像加密是为了保证数字图像的安全，图像的压缩技术可以最大限度的减小占用的存储空间以便降低传输数据量。根据对原始图像进行压缩及加密处理过程不同，可将现有的数字图像加密通信分为三类。图像直接加密将数字图像直接加密一般是通过数字图像置乱技术直接对需要加密的数字图像进行置乱，随后再进行压缩编码和通信传输。这个方面的研究较早，相关论文也最多。例如，基于混沌的数据块加密算法将图像或视频数据先进行位置置乱，再进行像素值扩散，此算法具有较高的密钥敏感性和明文敏感性，使得加密后的数据具有均匀随机分布的特点。但是，这类方案只看重了图像的加密，没有将图像的压缩编码问题放在同样重要的位置上考虑。这样就随之而然的出现了两个严重影响通信效率及解密后的图像清晰度的问题。一是，需要加密的原始视频图像本身的数据占用空间就大，其进一步的加密计算便会消耗大量的资源与时间，这与实时性的要求有悖，况且目前的设备处理能力有限更难以达到图像传输的实时性要求，加重了通信的负担；二是，由于经过加密算法处理，使图像原来的相邻像素间的相关性有了变化，大量的增加了高频分量。使加密压缩后的视频图像的高频分量比低频分量的失真大得多，因此解密后的图像会有较大的失真。

首先通过现有的压缩算法对视频、图像进行压缩，之后再对压缩后的数据加密。加密的算法可更具需要采用安全性不同的算法。此方案的优点是具有较高的安全性；缺点是由于加密是在压缩后的数字图像数据上进行，便不再区分数据的重要性，因此数据加密的效果差、效率低而且数据也量大，使运算的设备负担也加重。选择性加选择性加密是在方案特点的基础上改进，在选择采用一定的压缩标准将视频图像压缩后，再对重要的数据进行着重加密。兼顾了数据的安全与传输的效率。目前，视频图像编码标准根据静态图像和动态图像来分主要分为静态图像的压缩标准和运动图像的压缩标准两种。动态图像的压缩标准主要有MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.263和H.264；静态图像的压缩标准主要有JPEG、JPEG2000。文献[4]采用小波置乱的方法来实现对JPEG2000的小波系数的实时加密。针对MPEG-2标准，文献[5]提出了对I帧加密的思路。针对H.264具有代表性的研究成果有Ahn提出的帧内预测模式加扰方法，该方法将所有I、P帧中的INTRA-4x4块和INTR_16×16块预测模式使用定长伪随机序列进行随机加扰，方法效率高但安全性较差。文献[6]提出了对熵编码过程进行加密的思路，但这种方案的实现比较复杂。

作者：李颖姝 李莹 单位：青岛市第五人民医院 青岛市电子政务与信息资源管理办公室