基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法技术

本发明专利技术公开了一种利用顶点一环邻域面积和Beamlet线特征构造水印同步信息的三维盲水印方法，包括以下步骤：依据三维模型顶点的一环邻域面积，从小到大选出M个不重叠的一环邻域；对此M个一环邻域进行独立的切面投影，提取M条Beamlet线特征，确定M个水印位的嵌入位置；修改与Beamlet线特征相对的顶点坐标，使与其相连的两条网格边长度相等来嵌入水印信息位；水印检测不需要原始三维模型。本发明专利技术方法为空域盲水印方法，在保证水印透明性前提下，明显改善了水印方法对抗仿射变换攻击的鲁棒性；算法对抗网格简化、平滑和噪声等攻击也具有较强的鲁棒性。

3D model watermarking method based on Beamlet line feature localization

Three dimensional blind watermarking method of the invention discloses a method using a vertex ring neighborhood area and Beamlet line features to construct watermark synchronization information, which comprises the following steps: Based on a three-dimensional model of the vertex ring neighborhood area, from childhood to the election M non overlapping part of this neighborhood; M ring neighborhood independent tangent projection M Beamlet, extraction line features, determine the embedding position M a watermark bit; vertex coordinates modified with Beamlet line features relative, the two grid connected with the edge length equal to embed watermark information; watermark detection does not need the original 3D model. The method for spatial domain blind watermarking method, the watermark transparency premise, can significantly improve the robustness of the watermarking method against affine transformation attack; attack algorithm against mesh simplification, smoothing and noise also has strong robustness.

【技术实现步骤摘要】
基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法
本专利技术属于数字水印方法
，涉及一种基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法。
技术介绍
三维模型用途广泛，在娱乐业、制造业等都有其身影，因此，保护三维模型的版权相当重要。数字水印作为三维模型版权保护和内容认证的有效手段，近年来得到广泛研究。由于三维模型中的点、线、面数据具有有序性，且模型易受到平移、缩放、旋转、网格简化等处理的攻击，致使水印嵌入过程中，无法利用傅里叶变换、余弦变换、小波变换等数学工具进行分析。这限制了三维模型水印技术的研究与发展，使三维模型水印方法的鲁棒性弱、抗仿射变换攻击能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法，对仿射变换的旋转和等比缩放等攻击具有强鲁棒性。本专利技术所采用的技术方案是，基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法，包括以下步骤：步骤1，嵌入水印；步骤1.1，确定水印嵌入位置；步骤1.1.1，计算三维模型顶点的一环邻域面积；步骤1.1.2，依据步骤1.1.1计算的面积，从小到大取M个独立的一环邻域，并将它们投影在各自的一环邻域中心顶点的切面上，以中心顶点在切面上的投影为投影图像的坐标原点，中心顶点的切面为平面建立新坐标系；步骤1.1.3，用8×8个像素大小的二维图像表示投影图像，提取投影图像的Beamlet线特征；步骤1.2，嵌入二值水印序列b′；修改一环邻域内与Beamlet线特征相对的顶点坐标，若修改Beamlet线特征左侧的顶点坐标，使与该顶点相连的两条网格边长度相等，则嵌入二值水印b′的信息位‘1’；若修改Beamlet线特征右侧的顶点坐标，使与该顶点相连的两条网格边长度相等，嵌入二值水印b′的信息位‘-1’或‘0’；步骤1.3，将M个水印信息位依照步骤1.2嵌入到M个一环邻域内的相应顶点中，得到水印版三维模型；步骤2，提取水印；步骤2.1，确定携带水印信息位的顶点；步骤2.1.1，计算水印版三维模型每个顶点的一环邻域面积；步骤2.1.2，依据步骤2.1.1计算的面积，从小到大取M个独立的一环邻域，并将它们投影在各自的一环邻域中心顶点的切面上，中心顶点在切面上的投影为投影图像的坐标原点；步骤2.1.3，用8×8个像素大小的二维图像表示投影图像，提取投影图像的Beamlet线特征；步骤2.2，提取二值水印序列b″；步骤2.2.1确定顶点携带的水印信息位：若Beamlet线特征左侧顶点的两条相连网格边长度相等，则携带水印信息位‘1’；若Beamlet线特征右侧顶点的两条相连网格边长度相等，则携带水印信息位‘-1’或‘0’；依次提取M个一环邻域内相应顶点的二值水印b″的信息位；步骤3，计算水印相关系数，确定水印版三维模型是否嵌入二值水印序列b′；其中，b′为嵌入步骤时所用的二值水印序列，b″为提取获得的二值水印序列；当三维模型没有遭受任何攻击时，提取获得的二值水印序列b″应该与嵌入的二值水印序列b′一致，计算得到的相关系数ρ值应该等于1；但当三维模型遭受攻击时，计算得到的相关系数ρ值应该小于1。若相关系数值在(0.5，1]范围内，则可以验证三维模型嵌入二值水印信息b′，算法具有强鲁棒性；若相关性系数值在[0，0.5]范围内，水印提取失败。此时，攻击使三维模型遭到严重破坏，模型失去应用价值，版权验证及版权保护已没有意义。本专利技术的特点还在于，步骤1.1.2中所述的M个独立的一环邻域为M个不重叠的一环邻域。步骤2.1.3中所述的提取Beamlet线特征在每个一环邻域内进行，M个一环邻域提取M条Beamlet线特征，定位M个水印信息位。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用顶点一环邻域面积和Beamlet线特征定位嵌入水印信息的位置，使水印方法对仿射变换攻击具有强鲁棒性。2、本专利技术利用顶点两邻边长度是否相等作为判断顶点携带水印信息的依据，水印提取过程不需要原始模型信息。附图说明图1为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法水印嵌入模块流程图；图2为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法水印提取模块流程图；图3为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M96(Leopard)三维网格模型；图4为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M272(Dinosaur)三维网格模型；图5为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M336(Hand)三维网格模型；图6为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M108(Horse)三维网格模型；图7为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M399(House)三维网格模型；图8为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M341(Face)三维网格模型；图9为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例水印嵌入前顶点示意图；图10为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例水印嵌入后顶点示意图；图11为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M96(Leopard)三维模型；图12为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M272(Dinosaur)三维模型；图13为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M336(Hand)三维模型；图14为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M108(Horse)三维模型；图15为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M399(House)三维模型；图16为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例嵌入水印信息的M341(Face)三维模型；图17为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受Z轴旋转45°攻击的M341(Face)模型；图18为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受Y轴旋转180°攻击的M336(Hand)模型；图19为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受Y轴旋转40°加放大1.2倍组合攻击的M272(Dinosaur)模型；图20为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受Y轴旋转180°加缩小1.2倍组合攻击的M96(Leopard)模型；图21为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受Y轴旋转40°攻击的M108(Horse)模型；图22为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受X轴旋转90°加Z轴旋转40°组合攻击的M399(House)模型；图23为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例对旋转攻击的鲁棒性对比；图24为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受8％网格简化攻击的M341(Face)模型；图25为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受8％网格简化攻击的M108(Horse)模型；图26为本专利技术基于Beamlet线特征的三维盲水印方法实施例遭受8％网格简化攻击的M336(Hand本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，嵌入水印；步骤1.1，确定水印嵌入位置；步骤1.1.1，计算三维模型顶点的一环邻域面积；步骤1.1.2，依据步骤1.1.1计算的面积，从小到大取M个独立的一环邻域，并将它们投影在各自的一环邻域中心顶点的切面上，以中心顶点在切面上的投影为投影图像的坐标原点，中心顶点的切面为平面建立新坐标系；步骤1.1.3，用8×8个像素大小的二维图像表示投影图像，提取投影图像的Beamlet线特征；步骤1.2，嵌入二值水印信息b′；修改Beamlet线特征相对应的顶点坐标，若修改Beamlet线特征左侧的顶点坐标，使与该顶点相连的两条网格边长度相等，则嵌入二值水印b′的信息位‘1’；若修改Beamlet线特征右侧的顶点坐标，使与该顶点相连的两条网格边长度相等，嵌入二值水印b′的信息位‘‑1’或‘0’；步骤1.3，将M个水印信息位依照步骤1.2嵌入到M个一环邻域内的相应顶点中，得到水印版三维模型；步骤2，提取水印；步骤2.1，确定携带水印信息的顶点；步骤2.1.1，计算水印版三维模型顶点的一环邻域面积；步骤2.1.2，依据步骤2.1.1计算的面积，从小到大取M个独立的一环邻域，并将它们投影在各自的一环邻域中心顶点的切面上，中心顶点在切面上的投影为投影图像的坐标原点；步骤2.1.3，用8×8个像素大小的二维图像表示投影图像，提取投影图像的Beamlet线特征；步骤2.2，提取二值水印信息b″；步骤2.2.1，确定顶点嵌入的水印信息位：若是Beamlet线特征左侧顶点的相连两条网格边长度相等，则携带水印信息位为‘1’；若是Beamlet线特征右侧顶点的相连两条网格边长度相等，则携带水印信息位为‘‑1’或‘0’；依次提取M个一环邻域内相应的顶点中的二值水印信息b″；步骤3，计算水印相关系数ρ，确定水印版三维模型嵌入二值水印信息b′；...

【技术特征摘要】
1.基于Beamlet线特征定位的3D模型水印方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，嵌入水印；步骤1.1，确定水印嵌入位置；步骤1.1.1，计算三维模型顶点的一环邻域面积；步骤1.1.2，依据步骤1.1.1计算的面积，从小到大取M个独立的一环邻域，并将它们投影在各自的一环邻域中心顶点的切面上，以中心顶点在切面上的投影为投影图像的坐标原点，中心顶点的切面为平面建立新坐标系；步骤1.1.3，用8×8个像素大小的二维图像表示投影图像，提取投影图像的Beamlet线特征；步骤1.2，嵌入二值水印信息b′；修改Beamlet线特征相对应的顶点坐标，若修改Beamlet线特征左侧的顶点坐标，使与该顶点相连的两条网格边长度相等，则嵌入二值水印b′的信息位‘1’；若修改Beamlet线特征右侧的顶点坐标，使与该顶点相连的两条网格边长度相等，嵌入二值水印b′的信息位‘-1’或‘0’；步骤1.3，将M个水印信息位依照步骤1.2嵌入到M个一环邻域内的相应顶点中，得到水印版三维模型；步骤2，提取水印；步骤2.1，确定携带水印信息的顶点；步骤2.1.1，计算水印版三维模型顶点的一环邻域面积；步骤2.1.2，依据步骤2.1.1计算的面积，从小到大取M个独立的一环邻域，并将它们投影在各自的一环邻域中心顶点的切面上，中心顶点在切面上的投影为投影图像的坐标原点；步骤2.1.3，用8×8个像素大小的二维图像表示投影图像，提取投影图像的Beamlet线特征；步骤2.2，提取二值水印信息b″；步骤2.2.1，确定顶点嵌入的水印信息位：若是Beamlet线特征左侧顶点的相连两条网格边长度相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶，陈进磊，何文娟，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61