KR20200028629A - Inserting watermark Method of medical image - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for inserting a watermark of a medical image, comprising the steps of: a first step (S10) of disassembling a medical image into a bit plane by performing wavelet transformation; a second step (S20) of generating a security image by mapping a security logo to a specific sub-band of the bit plane in a lattice structure; a third step (S30) of generating a watermark image by permuting the security image; a fourth step (S40) of dividing the medical image into a plurality of blank blocks and a plurality of watermark insertion blocks; a fifth step (S50) of obtaining a bitstream by passing an area and horizontal and vertical sizes of the watermark insertion blocks through an input value of a hash function; a sixth step (S60) of generating a public key by operating the watermark image and the bitstream with an exclusive-or (XOR) operation; and a seventh step (S70) of initializing the watermark insertion blocks, encrypting the watermark image with a secret key, and inserting the same into the watermark insertion blocks.

Description

의료 이미지의 워터마크 삽입 방법{Inserting watermark Method of medical image}Inserting watermark method of medical image

본 발명은 의료 이미지의 불법 조작을 방지하기 위한 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inserting a watermark of a medical image to prevent illegal manipulation of the medical image.

최근 몇 년간의 과학의 발전으로 인해 여러 분야에서 디지털 멀티미디어 데이터(audio, image, video등)들이 만들어지고 활용되어 지고 있다. 이렇게 만들어진 멀티미디어 데이터들은 네트워크의 발달과 보급으로 인해 네트워크 환경을 통하여 데이터를 필요한 곳까지 쉽게 전송되고 있다. 보다 빠르고 쉽게 필요한 데이터를 얻을 수 있게 되면서 멀티미디어 표현물의 상업적 가치는 계속적으로 증가되고 있지만, 각종 멀티미디어 데이터들이 네트워크와 인터넷을 통해서 무단으로 분배, 복제되고 있는 실정이다. 디지털 데이터의 불법 복제 및 변조 등에 대한 문제의 발생과 함께 이를 해결하기 위한 연구의 필요성이 발생하게 되었으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 디지털 데이터 내부에 정보를 은닉하여 멀티미디어 데이터의 저작권 보호(copyright protection) 및 정보의 손상을 방지하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이런 연구의 대표적인 예로서 디지털 데이터 내부에 정보를 은닉하여 확인할 수 있는 기술을 디지털 워터마킹 기법(Digital watermarking technique)이라 한다.With the development of science in recent years, digital multimedia data (audio, image, video, etc.) have been created and utilized in various fields. The multimedia data created in this way are easily transmitted to the required place through the network environment due to the development and dissemination of the network. The commercial value of multimedia expressions continues to increase as it becomes possible to obtain necessary data more quickly and easily, but various multimedia data are being distributed and copied without permission through the network and the Internet. Along with the occurrence of problems such as illegal copying and falsification of digital data, the need for research to solve them has arisen, and recently, to solve these problems, the protection of copyright of multimedia data by copying information inside digital data (copyright protection) ) And research to prevent damage to information is actively being conducted. As a representative example of such a study, a technique capable of concealing and identifying information inside digital data is called a digital watermarking technique.

과학의 발전은 의료 분야에도 많은 변화를 초래하였다. 병원들은 대형 병원을 중심으로 컴퓨터와 같은 장비를 기반으로 한 신기술을 사용하여 수작업으로 업무를 처리했을 때보다 편리하고 신속하게 많은 환자에 대한 정보를 처리할 수 있게 되었다. 이로 인해 병원내에서 발생하는 기본적인 정보를 기반으로 한 처방전달 시스템(OCS: Order Communication System)과 방사선과의 의료 영상을 기반으로한 의료영상저장전달시스템 (PACS: Picture Archiving & Communication System)이 등장하였고, 이와 같은 시스템의 등장은 기존 병원 인프라에서는 요구되지 않았던 새로운 요구사항들을 야기시켰다. 즉, 위의 두 시스템은 기존 환경에서는 쉽게 할 수 없었던 원본의 복사, 변조, 삭제 등의 물리적인 변화가 디지털 환경으로 인해 가능하게 되었다. 또한 위의 시스템들은 네트워크 환경 아래서 동작 하기 때문에 디지털 환경에서의 문제뿐 아니라 다른 곳에서의 접근으로 인해 발생하는 해킹과 같은 위험에 노출되어있다. 그러나, 대부분 병환에서는 의료 정보의 보안에 대해서는 아직까지 무관심한 것이 현실이다.Advances in science have brought about many changes in the medical field. Hospitals have been able to process information on many patients more conveniently and quickly than manual work using new technologies based on equipment such as computers, mainly in large hospitals. As a result, an order communication system (OCS) based on basic information generated in a hospital and a medical image storage and delivery system (PACS) based on medical images from radiology appeared. The emergence of such a system has led to new requirements not required in the existing hospital infrastructure. In other words, the above two systems have made physical changes such as copying, altering, and erasing of originals impossible in the existing environment due to the digital environment. In addition, since the above systems operate under a network environment, they are exposed not only to problems in the digital environment, but also to risks such as hacking caused by access from other places. However, it is a reality that most patients are still indifferent to the security of medical information.

이러한 의료 정보의 보안에 관한 기술로서, 한국등록특허 제0878579호의 디지털 영상 파일에 워터마크를 삽입하는 워터마킹 방법에 있어서, (a) 상기 디지털 영상 파일의 영상 프레임을 적어도 하나의 가로열과 적어도 하나의 세로열을 갖도록 분할하여 분할 프레임들을 형성하는 단계; (b) 상기 각 분할 프레임을 구성하는 픽셀 데이타에 대하여 소정의 워터마크 생성 알고리즘을 수행하여 단위 워터마크를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 각 단위 워터마크들을 상기 디지털 영상 파일에 결합하는 단계를 포함하되, 상기 (a) 단계 이전에, 비밀키를 사용하여 영상 프레임에 대한 전체 워터마크를 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 (c) 단계에서 상기 전체 워터마크 및 상기 각 단위 워터마크를 상기 디지털 영상 파일에 결합하는 것을 특징으로 하는 것이 개시된 적이 있었다.As a technique for the security of such medical information, in a watermarking method of inserting a watermark in a digital image file of Korean Patent Registration No. 0878579, (a) at least one horizontal column and at least one image frame of the digital image file Dividing to have a vertical column to form divided frames; (b) generating a unit watermark by performing a predetermined watermark generation algorithm on the pixel data constituting the divided frames; And (c) combining the unit watermarks into the digital image file, but prior to the step (a), further comprising generating a full watermark for the image frame using a secret key. , It has been disclosed in step (c) that the whole watermark and each unit watermark are combined into the digital image file.

한국등록특허 제0878579호(2009.01.07)Korean Registered Patent No. 0878579 (2009.01.07)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 의료이미지에 삽입된 워터마크의 조작이 어려운 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for inserting a watermark of a medical image that is difficult to manipulate a watermark embedded in a medical image.

본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법은 의료 이미지에 웨이블릿변환을 수행하여 비트 평면으로 분해하는 제1단계(S10); 상기 비트 평면의 특정 부대역에 보안 로고를 격자 구조로 매핑하여 보안 이미지를 생성하는 제2단계(S20); 상기 보안 이미지를 랜덤치환(permutation)하여 워터마크 이미지를 생성하는 제3단계(S30); 상기 의료 이미지를 다수의 블랭크 블록과, 다수의 워터마크 삽입 블록으로 분할하는 제4단계(S40); 해쉬 함수의 입력값으로 상기 워터마크 삽입 블록의 면적, 가로 사이즈, 세로 사이즈를 통과시켜서 비트 스트림을 구하는 제5단계(S50); 상기 워터마크 이미지와 비트 스트림을 배타적 논리합(XOR)으로 연산하여 공개키를 생성하는 제6단계(S60); 및 상기 워터마크 삽입 블록을 초기화한 후, 상기 워터마크 이미지를 상기 비밀키로 암호화하여 상기 워터마크 삽입 블록에 삽입하는 제7단계(S70);를 포함한다.The method of inserting a watermark of a medical image according to the present invention includes a first step of performing wavelet transformation on the medical image and decomposing it into a bit plane (S10); A second step of generating a security image by mapping a security logo to a specific sub-band of the bit plane in a grid structure (S20); A third step of generating a watermark image by randomly permutating the security image (S30); A fourth step of dividing the medical image into a plurality of blank blocks and a plurality of watermark embedding blocks (S40); A fifth step of obtaining a bit stream by passing an area, a horizontal size, and a vertical size of the watermark insertion block as an input value of a hash function (S50); A sixth step (S60) of generating a public key by calculating the watermark image and the bit stream as an exclusive OR (XOR); And a seventh step (S70) of initializing the watermark embedding block and encrypting the watermark image with the secret key to insert the watermark embedding into the watermark embedding block.

또한, 상기 제1단계(S10)는 상기 웨이블릿변환이 2단계 웨이블릿변환이며, 상기 제2단계(S20)는 상기 특정 부대역이 LL2이다.In the first step (S10), the wavelet transform is a two-step wavelet transform, and in the second step (S20), the specific subband is LL2.

또한, 상기 제7단계(S70)는 상기 워터마크 이미지를 상기 워터마크 삽입 블록의 하위 3비트 이내에 삽입한다.In addition, the seventh step (S70) inserts the watermark image within the lower 3 bits of the watermark embedding block.

이에 따라, 본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법은 의료이미지에 삽입된 워터마크의 조작이 어려운 장점이 있다.Accordingly, the method of inserting a watermark in a medical image according to the present invention has an advantage in that manipulation of a watermark embedded in the medical image is difficult.

도 1은 본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법의 공정도.1 is a process diagram of a watermark embedding method of a medical image according to the present invention.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.The accompanying drawings are only examples shown in order to describe the technical spirit of the present invention in more detail, so the technical spirit of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.

본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법은 마이컴에 내장된 제어 소프트웨어나 제어 서버에 의해 수행될 수 있다.The method of embedding a watermark in a medical image according to the present invention may be performed by a control software or control server embedded in the microcomputer.

도 1은 본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법의 공정도이다.1 is a process diagram of a watermark embedding method of a medical image according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법은 제1단계(S10) 내지 제8단계로 구성되며, 의료 이미지에 암호키 코딩에 기반한 웨이블릿변환을 이용하여 워터마크 이미지를 삽입하는 것이다.As shown in FIG. 1, the method of inserting a watermark of a medical image according to the present invention comprises first steps (S10) to eighth steps, and a watermark image using wavelet transform based on encryption key coding on the medical image Is to insert

상기 제1단계(S10)는 의료 이미지에 웨이블릿변환을 수행하여 비트 평면으로 분해한다. 이 때, 상기 비트평면은 LL2, HL2, LH2, HH2, HL1, LH1, HH1 등의 웨이블릿 계수를 얻을 수 있으며, HH1 부대역이 제일 고주파 부대역이며, LL2 부대역이 제일 저주파 부대역이며, 상기 웨이블릿변환은 저주파 영역에 신호성분이 더 집중되어 있으므로 저주파 부대역의 역웨이블릿 변환으로도 이미지 복원을 하여도 원 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 상기 웨이블릿변환은 2단계 웨이블릿변환으로 수행될 수 있다.In the first step (S10), a wavelet transform is performed on the medical image to decompose it into a bit plane. At this time, the bit plane can obtain wavelet coefficients such as LL2, HL2, LH2, HH2, HL1, LH1, HH1, HH1 subband is the highest frequency subband, and LL2 subband is the lowest low frequency subband, and the Since the wavelet transform has a more concentrated signal component in the low-frequency region, the original image can be obtained even with the inverse wavelet transform of the low-frequency subband and the image is reconstructed. In addition, the wavelet transform may be performed by a two-step wavelet transform.

상기 제2단계(S20)는 상기 비트 평면의 특정 부대역에 보안 로고를 격자 구조로 매핑하여 보안 이미지를 생성한다. 이 때, 상기 제2단계(S20)는 서로 다른 다수의 보안 로고를 격자 구조로 매핑하여 보안 이미지로 생성할 수 있다. In the second step (S20), a security logo is generated by mapping a security logo to a specific sub-band of the bit plane in a grid structure. In this case, the second step S20 may generate a security image by mapping a plurality of different security logos in a grid structure.

상기 제3단계(S30)는 상기 보안 이미지를 랜덤치환(permutation)하여 워터마크 이미지를 생성한다. 이에 따라, 상기 워터마크 이미지는 랜덤잡음구조로 형성된다.The third step (S30) generates a watermark image by randomly permutating the security image. Accordingly, the watermark image is formed in a random noise structure.

상기 제4단계(S40)는 상기 의료 이미지를 다수의 블랭크 블록과, 다수의 워터마크 삽입 블록으로 분할한다. 이 때, 상기 블랭크 블록에는 워터마크 이미지가 삽입되지 않으며, 다수의 상기 워터마크 삽입 블록도 무작위로 설정된다.In the fourth step S40, the medical image is divided into a plurality of blank blocks and a plurality of watermark embedding blocks. At this time, a watermark image is not inserted into the blank block, and a number of the watermark embedding blocks are also set at random.

상기 제5단계(S50)는 해쉬 함수의 입력값으로 상기 워터마크 삽입 블록의 면적, 가로 사이즈, 세로 사이즈를 통과시켜서 비트 스트림을 구한다. 좀 더 상세하게 상기 제5단계(S50)는 상기 해쉬값을 128 비트 출력의 MD5로 사용한 것으로, 128비트 중에서 비트를 무작위로 선택하여 삽입할 수 있다.In the fifth step (S50), a bit stream is obtained by passing an area, a horizontal size, and a vertical size of the watermark insertion block as an input value of a hash function. In more detail, the fifth step S50 uses the hash value as MD5 of a 128-bit output, and bits can be randomly selected from among 128 bits and inserted.

상기 제6단계(S60)는 상기 워터마크 이미지와 비트 스트림을 배타적 논리합(XOR)으로 연산하여 공개보안키를 생성한다. 이 때, 상기 공개보안키에는 개인키에 관한 데이터가 포함될 수 있다.In the sixth step (S60), a public security key is generated by calculating the watermark image and the bit stream using an exclusive OR (XOR). At this time, the public security key may include data related to the private key.

상기 제7단계(S70)는 상기 워터마크 삽입 블록을 초기화한 후(즉, 상기 워터마크 삽입 블록의 LSB를 0으로 설정한 후), 상기 워터마크 이미지를 상기 공개보안키로 암호화하여 상기 워터마크 삽입 블록에 삽입한다.In the seventh step (S70), after the watermark insertion block is initialized (that is, after setting the LSB of the watermark insertion block to 0), the watermark image is encrypted with the public security key to insert the watermark. Insert into a block.

이 때, 상기 제7단계(S70)는 상기 워터마크 이미지를 상기 워터마크 삽입 블록의 하위 3비트 이내에 삽입한다. 이 때, 상기 의료 이미지의 중앙에 위치하는 ROI(Region of interest)영역이 LSB가 된다.At this time, the seventh step (S70) inserts the watermark image within the lower 3 bits of the watermark embedding block. At this time, a region of interest (ROI) located in the center of the medical image becomes an LSB.

이에 따라, 본 발명에 따른 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법은 의료이미지에 삽입된 워터마크의 조작이 어려운 장점이 있다Accordingly, the method of inserting a watermark in a medical image according to the present invention has an advantage that it is difficult to manipulate the watermark embedded in the medical image.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is various, of course, and various modifications can be implemented without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

Claims (3)

의료 이미지에 웨이블릿변환을 수행하여 비트 평면으로 분해하는 제1단계(S10);
상기 비트 평면의 특정 부대역에 보안 로고를 격자 구조로 매핑하여 보안 이미지를 생성하는 제2단계(S20);
상기 보안 이미지를 랜덤치환(permutation)하여 워터마크 이미지를 생성하는 제3단계(S30);
상기 의료 이미지를 다수의 블랭크 블록과, 다수의 워터마크 삽입 블록으로 분할하는 제4단계(S40);
해쉬 함수의 입력값으로 상기 워터마크 삽입 블록의 면적, 가로 사이즈, 세로 사이즈를 통과시켜서 비트 스트림을 구하는 제5단계(S50);
상기 워터마크 이미지와 비트 스트림을 배타적 논리합(XOR)으로 연산하여 공개키를 생성하는 제6단계(S60); 및
상기 워터마크 삽입 블록을 초기화한 후, 상기 워터마크 이미지를 상기 비밀키로 암호화하여 상기 워터마크 삽입 블록에 삽입하는 제7단계(S70);를 포함하는 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법.
A first step of performing wavelet transformation on the medical image and decomposing it into a bit plane (S10);
A second step of generating a security image by mapping a security logo to a specific sub-band of the bit plane in a grid structure (S20);
A third step of generating a watermark image by randomly permutating the security image (S30);
A fourth step of dividing the medical image into a plurality of blank blocks and a plurality of watermark embedding blocks (S40);
A fifth step of obtaining a bit stream by passing an area, a horizontal size, and a vertical size of the watermark embedding block as an input value of a hash function (S50);
A sixth step (S60) of generating a public key by calculating the watermark image and the bit stream using an exclusive OR (XOR); And
And a step (S70) of encrypting the watermark image with the secret key and inserting it into the watermark embedding block after initializing the watermark embedding block.
제1항에 있어서,
상기 제1단계(S10)는 상기 웨이블릿변환이 2단계 웨이블릿변환이며,
상기 제2단계(S20)는 상기 특정 부대역이 LL2인 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법.
According to claim 1,
In the first step (S10), the wavelet transform is a two-step wavelet transform,
The second step (S20) is a method of inserting a watermark of a medical image in which the specific subband is LL2.
제1항에 있어서,
상기 제7단계(S70)는 상기 워터마크 이미지를 상기 워터마크 삽입 블록의 하위 3비트 이내에 삽입하는 의료 이미지의 워터마크 삽입 방법.
According to claim 1,
The seventh step (S70) is a watermark embedding method for inserting the watermark image within the lower 3 bits of the watermark embedding block.
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