基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入及檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入及檢測方法，包括：灰度圖像圓諧傅里葉矩的計算，灰度圖像根據圓諧傅里葉矩的重構，圓諧傅里葉矩的幾何不變特性及精確性分析選取穩定矩，數字水印的嵌入與數字水印的提取。仿真實驗表明，本發明能夠有效的抵抗含水印圖像在各種狀態下所受到的去同步攻擊，同時對于常規攻擊也有很好的魯棒性，且本發明還具有計算簡單、容易實現、抽取水印時無需原始載體圖像等特點，增強了其用于數字水印作品版權保護的實用性。
【專利說明】基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水印嵌入及檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于多媒體信息安全中信息隱藏與數字水印【技術領域】，尤其是一種不僅具 有較好的不可感知性，而且對常規信號處理(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、平移、縮放、剪切、翻轉等）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方法。

【背景技術】
[0002] 數字水印（Digital Watermarking)作為傳統加密方法的有效補充手段，是一種 可W在開放網絡環境下保護版權和認證來源及完整性的新技術，近年來已引起人們高度重 視，并已成為國際學術界研究的一個熱點。所謂數字圖像水印，就是將具有特定意義的標記 (水印)，利用數據嵌入的方法隱藏在數字圖像產品中，用W證明創作者對其作品的所有權， 并作為鑒定、起訴非法侵權的依據，同時通過對水印的檢測和分析保證數字信息的完整可 靠性，從而成為知識產權保護和數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 能夠破壞數字水印分量的同步（即改變水印嵌入位置)，從而導致檢測器找不到有效水印。 去同步攻擊包括全局仿射變換（即旋轉、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，人們主要采用H種措施設計抗去同步攻擊的圖像水印方案，分別為 構造幾何不變量、隱藏模版、利用原始圖像重要特征。
[0004] 近年來，抗幾何攻擊數字圖像水印方法研究取得了很大進展，但如何構造均勻且 穩定的特征點檢測器及局部特征區域，如何在現有灰度圖像數字水印算法的基礎上，使其 具有更好的數字水印魯棒性和不可感知性，W及如何解決現有基于圖像特征數字水印算法 中存在的所選用局部特征區域結構與水印嵌入策略過于簡單，限制了系統的容納水印信息 能力等問題，現有算法未能很好的解決，因而必然影響數字水印的魯棒性和不可感知性。


【發明內容】

[0005] 本發明針對現有圖像水印方法存在的上述問題，提供一種不僅具有較好的不可感 知性，而且對常規信號處理（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、平移、縮放、剪切、翻轉等）均具有較好的魯棒性的基于圓諧傅里葉矩的魯棒圖像水 印嵌入及檢測方法。
[0006] 本發明的技術解決方案是；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行： 步驟1 內接圓諧傅里葉矩理論為基礎，定義及具體計算灰度圖像的圓諧傅里葉矩； 步驟2 ;利用有限個圓諧傅里葉矩來近似重構灰度圖像函數的表達式； 步驟3 ;分析圓諧傅里葉矩的精確性和幾何不變特性，選取穩定的矩，用于水印嵌入； 步驟4 ;采納量化調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)為極坐標下的灰度圖像，定義如下形式的灰度圖像圓諧傅里葉 矩：

【權利要求】
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行： 步驟1:以內接圓諧傅里葉矩理論為基礎，定義及具體計算灰度圖像的圓諧傅里葉矩； 步驟2 :利用有限個圓諧傅里葉矩來近似重構灰度圖像函數的表達式； 步驟3 :分析圓諧傅里葉矩的精確性和幾何不變特性，選取穩定的矩，用于水印嵌入； 步驟4 :采納量化調制策略將水印信息嵌入到圓諧傅里葉矩幅值中。
2. 根據權利要求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 :圖像歸一化采用內切圓方法,對于一個大小為的數字圖像，坐標轉換前 后的對應關系如下
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算公式轉換成離散形 式下的求矩公式； 步驟13 :利用坐標映射對應關系，把圖像歸一化到單位圓后，上述公式轉化為離散求 和形式表達式，基于數學分析理論，當采樣點的數量達到無窮大時，離散求和結果等價于積 分結果，因此，圓諧傅里葉矩的離散形式表達式如下
3. 根據權利要求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 :對于灰度圖像函數/(r，），計算出它的圓諧傅里葉矩; 步驟22 :利用有限數目的圓諧傅里葉矩近似重建原圖像函數；若已知圖像最高階/?_、 最大重復度《_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公式為：
4. 根據權利要求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和重復度；X，y分別為所 選穩定矩的階數和重復度； 用于水印嵌入所選取的圓諧傅里葉矩個數為 IW5:=m+1) 為所求四元數圓諧傅里葉矩設定的最大階數。
5. 根據權利要求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:數字水印的預處理； 步驟42 :圓諧傅里葉矩的計算； 步驟43 :利用密鑰Keyl從穩定四元數圓諧傅里葉矩集合中隨機選擇個四元數圓 諧傅里葉矩…用于水印嵌入，設其對應的四元數圓諧傅里葉矩幅值
式中，round(x)表示對X進行四舍五入，V1GMlg)表示水印數據，A為量化步 長，就是嵌入水印信息后的四元數圓諧傅里葉矩幅值，根據得到嵌入水印信息后的 四元數圓諧傅里葉矩; 步驟44 :含水印圖像的生成。
6. -種與權利要求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 應的檢測方法，其特征在于按照如下步驟進行： 步驟51 :計算待檢測灰度圖像圓諧傅里葉矩； 步驟52 :穩定圓諧傅里葉矩的選取； 利用密鑰Key2選擇個圓諧傅里葉矩^^ =Pq廣％#%%j用于水印提取，設 其對應的圓諧傅里葉矩幅值為4U=|4^ =…; 步驟53:采用與嵌入過程相對應的量化公式進行水印提取：
式中，4?(1f 0)表示提取出的一維水印數據； 步驟54 :對得到的一維水印數據逆置亂解密，并轉換成二維水印圖像 FFf = {V(i;j%IyS 仝JrS?。
【文檔編號】G06T1/00GK104504645SQ201410821929
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】楊紅穎, 王佩, 王向陽 申請人:遼寧師范大學