基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法及系统技术方案

本发明专利技术的基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法，包含版权信息的字符信息编码成由有限个2值图像模版组合而成的图像序列，并结合图像特征点和小波变换技术将2值图像序列嵌入到影像中；为了保持算法鲁棒性，计算图像序列大小，当图像序列过大时，发出提示；为了抵抗旋转和缩放攻击，在影像的SIFT特征点的圆环傅立叶变换区域中嵌入预先设置的模版直线点。提取时，通过分析模版直线点的分布来估计影像所遭受的旋转和缩放形变参数，并用此参数恢复影像再进行提取，提取所得的水印2值图像通过和预设的模版图像匹配，根据编码算法还原为水印字符序列，并利用CRC32算法校验水印序列是否完全被提取出来。此算法具有很强的鲁棒性，解决了目前影像算法无法同时抵抗多种攻击，特别是裁剪和旋转缩放几何攻击的问题。

Digital image copyright protection method and system based on frequency domain digital watermarking algorithm

The invention of digital image copyright protection method of frequency domain digital watermarking algorithm based on image sequence encoding containing the copyright information into character information of a finite number of 2 value image template combinations, and the combination of image feature points and wavelet transform technology to 2 value image sequence is embedded into the image; in order to maintain the robustness of the algorithm, calculation when the size of image sequence, image sequence is too large, alert; in order to resist rotation and zoom attack template line points preset ring embedded in the Fu Liye transform region SIFT feature points in the image. Extraction, to estimate the image rotation and zoom suffered deformation parameters through the analysis of distribution line template points, and then extracted with the parameters extracted from the watermark image restoration, 2 value image and template image, by default, according to the encoding algorithm to restore the watermark sequence of characters, the CRC32 algorithm is used to check whether the watermark sequence is completely extracted. This algorithm has strong robustness, which solves the problem that the current image algorithm can not resist a variety of attacks at the same time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地理信息版权保护
，特别涉及基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法及系统。
技术介绍
影像数据作为地理底图，是重要的基础资源，影像数据的采集、存储、编辑、处理等都需要耗费大量的人力物力财力，因此很容易发生数据盗用，非法拷贝等侵权行为。谷歌推出在线电子地图服务不久后，网上就出现了很多下载谷歌电子地图影像数据的工具软件，轻易的就能获得影像数据，因此不久后，谷歌，百度等将自己公司的logo图案按照一定的排列规律可见的嵌入到发布的电子地图影像数据中，用以宣誓版权。可见影像数据必须要经过一定的版权保护技术手段的处理，才能对外公开发布。上述保护影像数据版权的方案简单易行，但是将地图放大后会很清晰的看到logo图案，对影像的视觉效果产生影响，而且有碍影像的自动化分析处理，降低了影像的实用价值。数字水印技术是从信息隐藏技术发展而来的，它是指在数字化的数据内容中嵌入秘密水印信息，通过水印与源数据的紧密结合并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分，由此来确定版权拥有者、所有权认证、跟踪侵权行为、认证数字内容来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其他附加信息等。将一些标识信息直接嵌入到数字载体或是间接表示，且不影响原载体的使用价值，也不容易被探测和篡改，但可以被嵌入方识别和辨识。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者，购买者，传送隐秘信息或判断载体是否被修改等目的。可见，采用数字水印技术来保护影像数据版权是不错的选择。国内外对图像数字水印的研究有很多，提出了很多有价值的水印算法方案，但大多都止步于实验研究，而且往往侧重与水印技术算法鲁棒性的某一方面，实验对象一般为小幅的灰度图像。影像数据一般为航空对地观测数据，纹理丰富，存储的格式繁多，像幅很大，影像数据生产出来后，根据的应用需要，对影像地图数据会进行很多的编辑操作，最常见的有格式转换，裁剪，图像增强，坐标变换等。这要求嵌入的水印对常见的操作具有很强的鲁棒性，不然的话，就失去了意义。目前影像算法无法同时抵抗多种攻击，特别是裁剪和旋转缩放几何攻击的问题。CRC算法：全称为CyclicRedundancyCheck，中文名称为循环冗余校验。它是一类重要的线性分组码，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强，在通信领域广泛地用于实现差错控制。它产生一个4字节(32位)的校验值，一般是以8位十六进制数，如FA12CD45等。CRC算法的优点在于简便、速度快，严格的来说，CRC更应该被称为数据校验算法，但其功能与数据摘要算法类似，因此也作为测试的可选算法。在WinRAR、WinZIP等软件中，也是以CRC32作为文件校验算法的。一般常见的简单文件校验(SimpleFileVerify–SFV)也是以CRC32算法为基础，它通过生成一个后缀名为.SFV的文本文件，这样可以任何时候可以将文件内容CRC32运算的结果与.SFV文件中的值对比来确定此文件的完整性。与SFV相关工具软件有很多，如MagicSFV、MooSFV等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为影像数据提供一种基于小波和傅立叶变换，并结合图像特征的影像地图盲水印方法。本方法对数据的正常使用没有影响，可以抵御常见的图像信号处理、平移、裁剪、旋转和缩放等多种单一或复合攻击。基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法，其包括水印嵌入步骤：S1、生成水印信息，计算所述水印信息大小和所述水印信息的CRC值，当所述水印信息过大影响水印鲁棒性时产生提示信息：将总长度不超过第一字符串长度的水印字符序列中的每个字符，编码成像素大小为第一长度乘以第一宽度的2值图像，该图像是在预定义的第一预设个数的第二长度乘以第二宽度模版图像集合中根据编码算法选取的第二预设个数的模版图像拼接而成，得到一组2值图像集合W，将该集合中的每张2值图像采用Arnold算法进行置乱处理，该集合就是待嵌入的水印信息。可选地，第一字符串长度为16。第一长度为40、第二宽度为20。第一长度、第二宽度及以下长度、宽度的单位均为像素。第一预设个数为26。第二预设个数为8。计算所述水印信息大小，当所述水印信息过大时，将所述水印信息嵌入地图块，所述水印信息鲁棒性会受到较大影响，此时产生提示信息；使用CRC32算法计算所述水印信息CRC值并保存；S2、将影像地图分块成像素大小为第三长度乘以第三宽度的块图像，得到块图像集合Block；可选地，第三长度为480，第三宽度为160。S3、将Block中图像块作以下处理：在块图像右上角第四长度乘以第四宽度的区域中检测harris角点，选择强度最大的一个点，得到其像素坐标p(x,y)，以点p1(x+第四长度,y)为左上角，选取大小为第四长度乘以第四宽度的矩形图像块区域I，该区域即为每个图像块中水印图像的载体区域；可选地，第四长度为160、第四宽度为80。S4、将集合W中水印2值图像wi，采用抖动量化算法，取量化步长为nStep，将wi量化到区域I的2级小波变换的逼近子图中，然后逆变换恢复区域I，放回影像原来的位置中；水印的嵌入采用冗余嵌入策略，重复嵌入；S5、将影像地图进行分块SIFT特征点检测，并筛选得到特征点坐标集合pSift；集合中的点要满足以下两个条件：(1).任意两点间的像素距离大于预设距离值；(2).点个数量尽可能多；可选地，预设距离值为360，单位为像素。S6、在极坐标系中，生成两条直线模版点集，记作Line1，Line2；生成Line1的参数为：角度θ1，半径r∈[r11,r12]，其中半径步长为len1，则Line1中的点个数为n1＝(r12-r11)/len1+1；生成Line2的参数为：角度θ2，半径r∈[r21,r22]，其中半径步长为len2，则Line2中的点个数为n2＝(r22-r21)/len2+1；其中，直线点的半径要小于预设半径值；将每条直线中的每个点关于原点对称的对称点加入到相应的直线集合中；可选地，预设半径值为180，单位为像素。S7、取出集合pSift中的还未处理的点为圆心，预设半径值为半径，取得影像地图中的一块区域，将RGB色彩空间转换成YUV，对Y分量进行傅立叶变换，并计算出图像幅值矩阵并进行中心化变换得到Fabs；S8、根据模版直线Line1，Line2中的点坐标对应到Fabs中，在以对应点为中心的第五长度乘以第五宽度区域中，构造峰值，修改对应点的幅值为峰值；可选地，第五长度为11、第五宽度为11。S9、将修改后的Fabs还原为实部和虚部，然后再进行傅立叶反变换得到修改后的Y分量；将修改后的Y分量与原来的U、V分量反变换到RGB色彩空间中，最后放回原影像地图中；S10、重复执行S8至S10，直到集合pSift中所有的点处理完成。在本专利技术所述的基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法中，S01、将待提取水印的影像地图分块检测SIFT特征点，得到点集合pSift；S02、取出集合pSift中的还未处理的点为圆心，预设半径值为半径，取得影像地图中的一块区域，将RGB色彩空间转换成YUV，对Y分量进行傅立叶变换，并计算出图像幅值矩阵并进行平移变换得到Fabs；S03、在Fabs中以第六长度乘以第六宽度的窗口大小搜索峰值点，得到点的坐标，并以Fabs的几何中心为原本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法，其特征在于，其包括水印嵌入步骤：S1、生成水印信息，计算所述水印信息大小和所述水印信息的CRC值，当所述水印信息过大影响水印鲁棒性时产生提示信息：将总长度不超过第一字符串长度的水印字符序列中的每个字符，编码成像素大小为第一长度乘以第一宽度的2值图像，该图像是在预定义的第一预设个数的第二长度乘以第二宽度模版图像集合中根据编码算法选取的第二预设个数的模版图像拼接而成，得到一组2值图像集合W，将该集合中的每张2值图像采用Arnold算法进行置乱处理，该集合就是待嵌入的所述水印信息；计算所述水印信息大小，当所述水印信息过大时，将所述水印信息嵌入地图块，所述水印信息鲁棒性会受到较大影响，此时产生提示信息；使用CRC32算法计算所述水印信息CRC值并保存；S2、将影像地图分块成像素大小为第三长度乘以第三宽度的块图像，得到块图像集合Block；S3、将Block中图像块作以下处理：在块图像右上角第四长度乘以第四宽度的区域中检测harris角点，选择强度最大的一个点，得到其像素坐标p(x,y)，以点p1(x+第四长度,y)为左上角，选取大小为第四长度乘以第四宽度的矩形图像块区域I，该区域即为每个图像块中水印图像的载体区域；S4、将集合W中水印2值图像wi，采用抖动量化算法，取量化步长为nStep，将wi量化到区域I的2级小波变换的逼近子图中，然后逆变换恢复区域I，放回影像原来的位置中；水印的嵌入采用冗余嵌入策略，重复嵌入；S5、将影像地图进行分块SIFT特征点检测，并筛选得到特征点坐标集合pSift；集合中的点要满足以下两个条件：(1).任意两点间的像素距离大于预设距离值；(2).点个数量尽可能多；S6、在极坐标系中，生成两条直线模版点集，记作Line1，Line2；生成Line1的参数为：角度θ1，半径r∈[r11,r12]，其中半径步长为len1，则Line1中的点个数为n1＝(r12‑r11)/len1+1；生成Line2的参数为：角度θ2，半径r∈[r21,r22]，其中半径步长为len2，则Line2中的点个数为n2＝(r22‑r21)/len2+1；其中，直线点的半径要小于预设半径值；将每条直线中的每个点关于原点对称的对称点加入到相应的直线集合中；S7、取出集合pSift中的还未处理的点为圆心，预设半径值为半径，取得影像地图中的一块区域，将RGB色彩空间转换成YUV，对Y分量进行傅立叶变换，并计算出图像幅值矩阵并进行中心化变换得到Fabs；S8、根据模版直线Line1，Line2中的点坐标对应到Fabs中，在以对应点为中心的第五长度乘以第五宽度区域中，构造峰值，修改对应点的幅值为峰值；S9、将修改后的Fabs还原为实部和虚部，然后再进行傅立叶反变换得到修改后的Y分量；将修改后的Y分量与原来的U、V分量反变换到RGB色彩空间中，最后放回原影像地图中；S10、重复执行S8至S10，直到集合pSift中所有的点处理完成。...

【技术特征摘要】
1.基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法，其特征在于，其包括水印嵌入步骤：S1、生成水印信息，计算所述水印信息大小和所述水印信息的CRC值，当所述水印信息过大影响水印鲁棒性时产生提示信息：将总长度不超过第一字符串长度的水印字符序列中的每个字符，编码成像素大小为第一长度乘以第一宽度的2值图像，该图像是在预定义的第一预设个数的第二长度乘以第二宽度模版图像集合中根据编码算法选取的第二预设个数的模版图像拼接而成，得到一组2值图像集合W，将该集合中的每张2值图像采用Arnold算法进行置乱处理，该集合就是待嵌入的所述水印信息；计算所述水印信息大小，当所述水印信息过大时，将所述水印信息嵌入地图块，所述水印信息鲁棒性会受到较大影响，此时产生提示信息；使用CRC32算法计算所述水印信息CRC值并保存；S2、将影像地图分块成像素大小为第三长度乘以第三宽度的块图像，得到块图像集合Block；S3、将Block中图像块作以下处理：在块图像右上角第四长度乘以第四宽度的区域中检测harris角点，选择强度最大的一个点，得到其像素坐标p(x,y)，以点p1(x+第四长度,y)为左上角，选取大小为第四长度乘以第四宽度的矩形图像块区域I，该区域即为每个图像块中水印图像的载体区域；S4、将集合W中水印2值图像wi，采用抖动量化算法，取量化步长为nStep，将wi量化到区域I的2级小波变换的逼近子图中，然后逆变换恢复区域I，放回影像原来的位置中；水印的嵌入采用冗余嵌入策略，重复嵌入；S5、将影像地图进行分块SIFT特征点检测，并筛选得到特征点坐标集合pSift；集合中的点要满足以下两个条件：(1).任意两点间的像素距离大于预设距离值；(2).点个数量尽可能多；S6、在极坐标系中，生成两条直线模版点集，记作Line1，Line2；生成Line1的参数为：角度θ1，半径r∈[r11,r12]，其中半径步长为len1，则Line1中的点个数为n1＝(r12-r11)/len1+1；生成Line2的参数为：角度θ2，半径r∈[r21,r22]，其中半径步长为len2，则Line2中的点个数为n2＝(r22-r21)/len2+1；其中，直线点的半径要小于预设半径值；将每条直线中的每个点关于原点对称的对称点加入到相应的直线集合中；S7、取出集合pSift中的还未处理的点为圆心，预设半径值为半径，取得影像地图中的一块区域，将RGB色彩空间转换成YUV，对Y分量进行傅立叶变换，并计算出图像幅值矩阵并进行中心化变换得到Fabs；S8、根据模版直线Line1，Line2中的点坐标对应到Fabs中，在以对应点为中心的第五长度乘以第五宽度区域中，构造峰值，修改对应点的幅值为峰值；S9、将修改后的Fabs还原为实部和虚部，然后再进行傅立叶反变换得到修改后的Y分量；将修改后的Y分量与原来的U、V分量反变换到RGB色彩空间中，最后放回原影像地图中；S10、重复执行S8至S10，直到集合pSift中所有的点处理完成。2.如权利要求1所述的基于频域数字水印算法的图像数字版权保护方法，其特征在于，其还包括水印提取步骤：S01、将待提取水印的影像地图分块检测SIFT特征点，得到点集合pSift；S02、取出集合pSift中的还未处理的点为圆心，预设半径值为半径，取得影像地图中的一块区域，将RGB...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯俊，郭丙轩，胡志刚，王铁程，
申请(专利权)人：武汉圆周率软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42