一種抗攻擊的魯棒多倍零水印方法
2023-05-30 02:17:41
專利名稱：一種抗攻擊的魯棒多倍零水印方法
技術領域：
本發明設計ー種抗攻擊的魯棒多倍零水印方案，用於解決圖像的版權認證，特別是用來驗證不允許有半點修改的一類圖像(遙感圖像和醫療圖像)的版權歸屬問題，該技術屬於信息安全 領域。
背景技術：
目前，為了避免盜版行為，數字水印技術被廣泛地應用在數字圖像的版權認證。現有的大多數水印方案會在空域或頻域修改圖像內容，這些方法不能被直接應用來保護遙感圖像和醫療圖像的版權，因為這類圖像的內容不允許有半點修改。近來，一種被稱為零水印的無損水印技術被提出，這種零水印不會修改被保護圖像的內容，因而非常適合用作對遙感圖像和醫療圖像版權的認證。零水印的概念最早由吉林大學溫泉博士在全國第三屆信息隱藏學術研討會上發表的論文中提出，他把零水印定義為水印信息由圖像的重要特徵來構造，而不是修改圖像的這些特徵。並在文中提出了ー種在DCT域中構造零水印的方法。溫泉利用三階及三階以上高階累積量進行零水印的構造，並將高階累積量和DCT方法進行了比較，結果表明基於高階累積量的零水印算法彌補了 DCT域零水印算法的不足。基於高階累積量的零水印不僅可以抵抗圖像的噪聲、直方圖均衡等常規信號處理，而且能抵抗小角度旋轉及壓縮攻擊，而DCT域零水印算法不具備抵抗旋轉及壓縮攻擊的能力。但基於高階累積量的零水印算法非常複雜，計算量過大，因此不宜推廣到實用。2007年，法國國立信息與自動化研究院的TEMICS項目著重研究了零水印構造的統ー框架問題。他們把零水印看作是嵌入進載體圖像內容的沒有攜帯任何隱藏信息的水印，在檢測端，檢測器對收到的圖像內容進行特殊的弱信號識別，以發現零水印的存在，並認為水印信號對應於載體圖像內容的某個函數。在此基礎上，他們提出了ー個基本的偏微分方程去表示最佳水印嵌入和提取函數，進而引出零水印構造統ー框架。但遺憾的是該框架只給出了模型，並未實現具體的算法。混沌系統由於具有隨機性、規律性和初值極端敏感性的特點，近年得到了廣泛的應用。高山青等提出了一種基於混沌陣列的魯棒零水印算法，利用加擾和擴散的混沌系統生成ー個0，I混沌陣列，並用此陣列來調製圖像的最高位平面矩陣，得到最終水印矩陣。宋偉等描述了ー種基於混沌理論和奇異值分解(SVD)的零水印方案。利用Logistic混沌系統的初值敏感性映射信息隱藏的位置，增強了算法的安全性；採用奇異值的不變特性構造註冊中心的水印，保證了在不改變宿主圖像任何信息的同時進行有效地版權保護；同時深入分析了水印容量和算法安全性之間的關係。臺灣中興大學計算機學院的研究者們提出了一種用於公共版權認證的零水印系統。該系統中共有三個角色，即籤名者、驗證者和可以信賴的認證機構TA (trustedauthority)。該算法從原始圖像小波域低頻係數中提取特徵矩陣作為水印矩陣，然後將水印矩陣和一些參數加密後傳送給ー個可信的第三方認證機構TA，並加蓋時間戳，原始圖像作品便在水印的保護之下，且能夠有效地抵抗解釋攻擊，彌補了傳統零水印系統的不足。但算法通過比較小波低頻係數與係數平均值的大小來生成圖像特徵，這種方法容易受到直方圖均衡、亮度變換、剪切等信號處理的影響。基於上述考慮，臺灣逢甲大學信息工程和計算機系的研究者在該算法的基礎上對特徵提取方法進行了改進，採用對載體圖像的低尺度近似圖像進行Sobel邊緣檢測，然後提取特徵矩陣，收到了較好的效果。目前提出的這些零水印方案對模糊、噪聲、濾波、壓縮等常見信號處理攻擊以及縮放等攻擊具有很好的魯棒性，但對剪切、大尺度旋轉和Stirmark RBA (random bendingattack)攻擊很敏感。已有的抗剪切、大尺度旋轉和Stirmark RBA攻擊的研究主要集中在嵌入式水印，而這方面的零水印研究開展的不多。
發明內容
技術問題為了增強零水印對剪切、大尺度旋轉和Stirmark RBA(random bendingattack)攻擊的魯棒性，本發明提出一種抗攻擊的魯棒多倍零水印方案。本發明使用Harris角點檢測獲取圖像的特徵域,利用特徵域的Zernike矩不變量來構造特徵向量,並且將這些特徵向量進行量化以形成多倍零水印。提出的多倍零水印版權認證方案不僅能抵抗常見信號處理攻擊，而且對剪切、大尺度旋轉和Stirmark RBA攻擊也具有較好的魯棒性。技術方案採用圖像的局部自相關函數和2階對稱矩陣，Harris檢測器可以提取一副圖像的特徵點。圖像點的特徵值H(x，y)的計算式定義為H(x, y) = det(S)_k · trace2 (S)(I)式中det (.)和trace (.)分別表示圖像的2階對稱矩陣S(x, y)的行列式和跡，k是ー個常量。首先將H(x，y)大於閥值τ的對應點記為候選點，然後將候選點中具有局部最大特徵值的點作為角點，這些角點被認為是局部最穩健的特徵點。特徵域是以這些特徵點為中心的圓形區域，這些特徵區域對大多數圖像變換來說具有很好的魯棒性。矩函數能提供描述對象的豐富幾何信息和全局特徵，Zernike矩是具有良好性能的ー種矩函數。設 "(Ρ，Θ)表示圖像f(p，Θ)旋轉α度得到的圖像，有,(P，Θ)=f ( P , θ - α ) ο設Φ= θ-α，旋轉圖像的Zernike矩表示為
權利要求
1.一種抗攻擊的魯棒多倍零水印方法，對受到各種攻擊的圖像進行版權認證，其特徵是在多倍零水印構造階段，首先將載體圖像進行規範化處理以獲得平移、縮放不變性，然後利用Harris角點檢測去提取載體圖像的特徵點，並進而將這些特徵點擴展成半徑為ガ的特徵域，對特徵域進行補零操作，產生大小為2隻X2隻的特徵塊,最後利用計算得出的特徵塊的Zernike矩不變量來構造特徵向量,將這些特徵向量ニ值化以形成多倍零水印，並且把多倍零水印進行加密後保存在註冊中心； 在多倍零水印檢測階段，首先對經過平移、縮放不變規範化處理後的檢測圖像進行Harris角點檢測以及補零操作生成特徵塊，並計算每個特徵塊的特徵向量；然後對所有特徵向量進行ニ值化處理，得到檢測圖像的ニ值多倍零水印；最後將檢測圖像的ニ值多倍零水印與從註冊中心取出並解密的原始多倍零水印進行比較，設deteCt_num表示正確檢測到的水印個數，當detect_num大於ー個閥值時，就認為檢測圖像處於水印保護之下。
全文摘要
一種抗攻擊的魯棒多倍零水印版權認證方案，採用Harris角點檢測去提取載體圖像的特徵點，然後將這些特徵點擴展成半徑為R的特徵域。特徵域的Zernike矩不變量被用來構造特徵向量，並且將這些特徵向量二值化以形成多倍零水印。在水印檢測階段，通過正確檢測出的水印數量與閥值的比較來證明檢測圖像的版權屬性。該發明能拒絕各種攻擊，包括模糊、噪聲、中值濾波、JPEG壓縮、旋轉、縮放、剪切及StirmarkRBA攻擊。與同類方案相比，本發明所提方法具有更好的性能。
文檔編號G06T1/00GK102646259SQ201210034969
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者蔣國平, 高光勇 申請人:南京郵電大學