伴随着信息技术的飞速发展,数字医学图像在疾病的诊断和治疗中的应用日趋增多。但是在享受医学图像带来便利的同时,其在公用网络传输中存在未经授权的情况下非法拷贝和篡改的风险。因此,对医学图像的版权保护就显得尤为重要。由于鲁棒零水印采取零嵌入的方式,并未修改原始图像,在实现版权保护的同时,不会破坏图像的完整性,故而其十分适用于医学图像。鲁棒医学图像零水印的研究主要关注算法抵抗各种攻击的能力,即设计的算法在经过各种攻击之后仍能完整的提取出零水印信息。由于几何攻击会改变受攻击医学图像和原始医学图像之间的位置关系,造成零水印信息与医学图像严重的失同步现象,使得零水印信息的提取异常困难。故而算法抗几何攻击的能力成为医学图像零水印领域的研究热点,也是本文研究的核心问题。本文利用四元数连续正交矩的几何不变性,设计了四种可有效抵抗几何攻击的医学图像零水印算法。全文主要工作如下:(1)基于四元数极谐变换(Quaternion polar harmonic transforms,QPHTs)和线性与非线性混合稱合时空混沌系统(Mixed linear-nonlinear coupled map lattice,MLNCML),提出一种抗几何攻击的彩色医学图像零水印算法。首先讨论了 QPHTs的精确系数选取;然后设计了基于QPHTs的零水印构造和零水印检测算法。在零水印构造过程中,使用精确QPHTs的幅值构造零水印,确保了本算法对几何攻击的鲁棒性;利用MLNCML系统对构造的特征图像进行置乱,提高了本算法的安全性。实验结果表明,本算法对常规图像处理攻击与旋转、缩放等几何攻击的鲁棒性较强,与其它零水印算法相比具有更优越的性能。(2)为提高四元数极谐-傅里叶矩(Quaternion polar harmonic Fourier moments,QPHFMs)的计算精度,利用小波数值积分(Wavelet numerical integration,WNI)提出一种高精度QPHFMs计算方法,有效提高了其计算精度。然后基于提出的高精度QPHFMs和混沌映射,提出一种抗几何攻击的彩色医学图像鲁棒零水印算法。算法利用QPHFMs幅值构造特征图像,其良好几何不变性使得算法具有良好的抗几何攻击能力。实验结果表明本算法对图像常规处理攻击以及缩放、旋转、长宽比改变和翻转等几何攻击具有很强的鲁棒性。与其它零水印算法和其它彩色医学图像水印算法相比,本算法具有更优良的性能。(3)结合图像局部稳定特征区域和QPHFMs,提出一种抗复杂几何攻击的多倍鲁棒彩色医学图像零水印算法。本算法首先利用加速稳健特征(Speeded up robust features,SURF)检测算子在原始彩色医学图像中提取稳定的特征点;然后根据特征尺度自适应地确定局部稳定特征区域,并将局部特征区域进行尺度标准化处理;最后计算局部特征区域的QPHFMs,利用其幅值构造多个特征序列,并将这些特征序列二值化以形成多倍零水印。实验结果表明本算法不仅能抵抗常规图像处理攻击和一般几何攻击,而且对图像平移、图像局部剪切以及Unzign等复杂的几何攻击也具有良好的鲁棒性。与基于局部特征区域的嵌入式水印算法相比,本算法具有更好的性能。(4)现有的零水印算法主要是面向一幅图像进行版权保护,虽然可以重复用于多幅图像,但是在重复操作中会耗费大量时间,占用大量存储空间。为此,通过使用QPHFMs将三幅医学图像作为一个整体提出一种可同时实现三幅医学图像版权保护的抗几何攻击零水印算法。首先将三幅医学图像作为一组纯四元数的三个虚部分量,并计算三幅图像的QPHFMs;然后利用QPHFMs幅值构造特征图像,并将置乱的特征图像和Logo图像进行异或操作得到零水印图像。本算法能同时实现三幅图像的版权保护,提高了零水印算法的效率,节省了存储空间。实验结果表明本算法能够有效地抵抗常规图像处理攻击和几何攻击,可以很好地应用于三幅医学图像的版权保护。