基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入及檢測(cè)方法，包括：灰度圖像圓諧傅里葉矩的計(jì)算，灰度圖像根據(jù)圓諧傅里葉矩的重構(gòu)，圓諧傅里葉矩的幾何不變特性及精確性分析選取穩(wěn)定矩，數(shù)字水印的嵌入與數(shù)字水印的提取。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明能夠有效的抵抗含水印圖像在各種狀態(tài)下所受到的去同步攻擊，同時(shí)對(duì)于常規(guī)攻擊也有很好的魯棒性，且本發(fā)明還具有計(jì)算簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、抽取水印時(shí)無(wú)需原始載體圖像等特點(diǎn)，增強(qiáng)了其用于數(shù)字水印作品版權(quán)保護(hù)的實(shí)用性。
【專利說(shuō)明】基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入及檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多媒體信息安全中信息隱藏與數(shù)字水印【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種不僅具 有較好的不可感知性，而且對(duì)常規(guī)信號(hào)處理(中值濾波、邊緣銳化、疊加噪聲和JPEG壓縮等） 和去同步攻擊(旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、剪切、翻轉(zhuǎn)等）均具有較好的魯棒性的基于圓諧傅里葉矩 的魯棒圖像水印嵌入及檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字水?。―igital Watermarking)作為傳統(tǒng)加密方法的有效補(bǔ)充手段，是一種 可W在開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來(lái)源及完整性的新技術(shù)，近年來(lái)已引起人們高度重 視，并已成為國(guó)際學(xué)術(shù)界研究的一個(gè)熱點(diǎn)。所謂數(shù)字圖像水印，就是將具有特定意義的標(biāo)記 (水印)，利用數(shù)據(jù)嵌入的方法隱藏在數(shù)字圖像產(chǎn)品中，用W證明創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán)， 并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的依據(jù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)水印的檢測(cè)和分析保證數(shù)字信息的完整可 靠性，從而成為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。
[0003] 所謂去同步攻擊，并非指該種攻擊能夠從含水印圖像中去除水印信息，而是指其 能夠破壞數(shù)字水印分量的同步（即改變水印嵌入位置)，從而導(dǎo)致檢測(cè)器找不到有效水印。 去同步攻擊包括全局仿射變換（即旋轉(zhuǎn)、縮放、平移）和一般性去同步攻擊(剪切、尺度變換、 行列去除等)。近年來(lái)，人們主要采用H種措施設(shè)計(jì)抗去同步攻擊的圖像水印方案，分別為 構(gòu)造幾何不變量、隱藏模版、利用原始圖像重要特征。
[0004] 近年來(lái)，抗幾何攻擊數(shù)字圖像水印方法研究取得了很大進(jìn)展，但如何構(gòu)造均勻且 穩(wěn)定的特征點(diǎn)檢測(cè)器及局部特征區(qū)域，如何在現(xiàn)有灰度圖像數(shù)字水印算法的基礎(chǔ)上，使其 具有更好的數(shù)字水印魯棒性和不可感知性，W及如何解決現(xiàn)有基于圖像特征數(shù)字水印算法 中存在的所選用局部特征區(qū)域結(jié)構(gòu)與水印嵌入策略過(guò)于簡(jiǎn)單，限制了系統(tǒng)的容納水印信息 能力等問(wèn)題，現(xiàn)有算法未能很好的解決，因而必然影響數(shù)字水印的魯棒性和不可感知性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有圖像水印方法存在的上述問(wèn)題，提供一種不僅具有較好的不可感 知性，而且對(duì)常規(guī)信號(hào)處理（中值濾波、邊緣銳化、疊加噪聲和JPEG壓縮等）和去同步攻擊 (旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、剪切、翻轉(zhuǎn)等）均具有較好的魯棒性的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水 印嵌入及檢測(cè)方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法，其 特征在于按照如下步驟進(jìn)行： 步驟1 內(nèi)接圓諧傅里葉矩理論為基礎(chǔ)，定義及具體計(jì)算灰度圖像的圓諧傅里葉矩； 步驟2 ;利用有限個(gè)圓諧傅里葉矩來(lái)近似重構(gòu)灰度圖像函數(shù)的表達(dá)式； 步驟3 ;分析圓諧傅里葉矩的精確性和幾何不變特性，選取穩(wěn)定的矩，用于水印嵌入； 步驟4 ;采納量化調(diào)制策略將水印信息嵌入到圓諧傅里葉矩幅值中。
[0007] 所述步驟1如下： 步驟11 :假定/lr，6)為極坐標(biāo)下的灰度圖像，定義如下形式的灰度圖像圓諧傅里葉 矩：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行： 步驟1:以內(nèi)接圓諧傅里葉矩理論為基礎(chǔ)，定義及具體計(jì)算灰度圖像的圓諧傅里葉矩； 步驟2 :利用有限個(gè)圓諧傅里葉矩來(lái)近似重構(gòu)灰度圖像函數(shù)的表達(dá)式； 步驟3 :分析圓諧傅里葉矩的精確性和幾何不變特性，選取穩(wěn)定的矩，用于水印嵌入； 步驟4 :采納量化調(diào)制策略將水印信息嵌入到圓諧傅里葉矩幅值中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法，其特征在于所 述步驟1如下： 步驟11 :假定/(八0)為極坐標(biāo)下的灰度圖像，定義如下形式的灰度圖像圓諧傅里葉 矩：
步驟12 :圖像歸一化采用內(nèi)切圓方法,對(duì)于一個(gè)大小為的數(shù)字圖像，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前 后的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下
其中，I- =OXl……pV-l:j=〇X2:……Jf-I,并且0:2? 51 '變換后的采樣間隔為 麵=2/+￥與利用求和的方式將積分形式下的圓諧傅里葉矩計(jì)算公式轉(zhuǎn)換成離散形 式下的求矩公式； 步驟13 :利用坐標(biāo)映射對(duì)應(yīng)關(guān)系，把圖像歸一化到單位圓后，上述公式轉(zhuǎn)化為離散求 和形式表達(dá)式，基于數(shù)學(xué)分析理論，當(dāng)采樣點(diǎn)的數(shù)量達(dá)到無(wú)窮大時(shí)，離散求和結(jié)果等價(jià)于積 分結(jié)果，因此，圓諧傅里葉矩的離散形式表達(dá)式如下
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法，其特征在于所 述步驟2如下： 步驟21 :對(duì)于灰度圖像函數(shù)/(r，），計(jì)算出它的圓諧傅里葉矩; 步驟22 :利用有限數(shù)目的圓諧傅里葉矩近似重建原圖像函數(shù)；若已知圖像最高階/?_、 最大重復(fù)度《_的圓諧傅里葉矩，則由其完備性和正交性，可得原始圖像的重構(gòu)公式為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法，其特征在于所 述步驟3如下： 步驟31 :圓諧傅里葉矩的平移不變性分析； 步驟32 :圓諧傅里葉矩的旋轉(zhuǎn)不變性分析； 步驟33 :圓諧傅里葉矩的縮放不變性分析； 步驟34 :圓諧傅里葉矩的精確性測(cè)試，用于水印嵌入的圓諧傅里葉矩選取如下： n>0,m>Q._meZ\ 其中，為圓諧傅里葉矩，/7和&別為圓諧傅里葉矩的階數(shù)和重復(fù)度；X，y分別為所 選穩(wěn)定矩的階數(shù)和重復(fù)度； 用于水印嵌入所選取的圓諧傅里葉矩個(gè)數(shù)為 IW5:=m+1) 為所求四元數(shù)圓諧傅里葉矩設(shè)定的最大階數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法，其特征在于所 述步驟4如下： 步驟41:數(shù)字水印的預(yù)處理； 步驟42 :圓諧傅里葉矩的計(jì)算； 步驟43 :利用密鑰Keyl從穩(wěn)定四元數(shù)圓諧傅里葉矩集合中隨機(jī)選擇個(gè)四元數(shù)圓 諧傅里葉矩…用于水印嵌入，設(shè)其對(duì)應(yīng)的四元數(shù)圓諧傅里葉矩幅值
式中，round(x)表示對(duì)X進(jìn)行四舍五入，V1GMlg)表示水印數(shù)據(jù)，A為量化步 長(zhǎng)，就是嵌入水印信息后的四元數(shù)圓諧傅里葉矩幅值，根據(jù)得到嵌入水印信息后的 四元數(shù)圓諧傅里葉矩; 步驟44 :含水印圖像的生成。
6. -種與權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入方法對(duì) 應(yīng)的檢測(cè)方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行： 步驟51 :計(jì)算待檢測(cè)灰度圖像圓諧傅里葉矩； 步驟52 :穩(wěn)定圓諧傅里葉矩的選??； 利用密鑰Key2選擇個(gè)圓諧傅里葉矩^^ =Pq廣％#%%j用于水印提取，設(shè) 其對(duì)應(yīng)的圓諧傅里葉矩幅值為4U=|4^ =…; 步驟53:采用與嵌入過(guò)程相對(duì)應(yīng)的量化公式進(jìn)行水印提?。?br> 式中，4?(1f 0)表示提取出的一維水印數(shù)據(jù)； 步驟54 :對(duì)得到的一維水印數(shù)據(jù)逆置亂解密，并轉(zhuǎn)換成二維水印圖像 FFf = {V(i;j%IyS 仝JrS?。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK104504645SQ201410821929
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】楊紅穎, 王佩, 王向陽(yáng) 申請(qǐng)人:遼寧師范大學(xué)