对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法技术

本发明专利技术公开了一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，包括：水印嵌入阶段：对版权信息进行处理，生成待嵌入的水印序列；利用SIFT特征点定位算法在载体图像中定位及筛选出若干特征点，再利用SIFT特征编辑算法增强所有特征点的强度，之后对增强后的特征点周围的待嵌入区域通过频域调制的方式将水印序列进行嵌入，生成含水印的图像；水印提取阶段：当含水印的图像被非法拍摄并流传时，对屏摄图像进行透视畸变校正，再通过裁剪方式获取所需的图像，之后，通过特征点定位算法定位出嵌入位置并使用交叉验证的提取方法将水印序列进行提取，进而复原出版权信息。通过上述方法可以实现失泄密的溯源。

A Robust Digital Watermarking Method for Screen Shooting

The invention discloses a robust digital watermarking method for screen shooting process, which includes: watermarking embedding stage: processing copyright information to generate watermarking sequence to be embedded; locating and screening several feature points in carrier image using SIFT feature point location algorithm, then using SIFT feature editing algorithm to enhance the strength of all feature points, and then enhancing the enhanced feature points. Watermarking sequence is embedded in the surrounding area by frequency domain modulation to generate watermarked image; Watermarking extraction stage: when the watermarked image is illegally captured and circulated, perspective distortion correction is carried out on the screen image, and then the required image is obtained by clipping. After that, embedding position is located by feature point location algorithm and cross-validated. The extraction method extracts the watermarking sequence and restores the publication right information. The traceability of leaks can be achieved by the above methods.

【技术实现步骤摘要】
对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法
本专利技术涉及鲁棒数字图像水印
，尤其涉及一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法。
技术介绍
随着数字技术，多媒体处理技术和传输压缩技术的快速发展，数字产品的非法流传和网络信息的非法复制变得更为简单。如何在开放的环境中安全可靠地保护数据的隐私与版权，是亟待解决的问题。而数字水印技术则为这种问题提供了强有力的解决方案。传统数字水印技术在图像，文本，音频，视频等常规载体方面已有很丰厚研究成果，其中以图像为载体的鲁棒水印算法最为成熟。鲁棒水印技术追求在不影响载体正常使用的前提下嵌入例如序列号等版权信息等内容，同时要求嵌入的水印消息很难被抹除。一般的，数字水印可以分为空域和变换域的方法，对于空域的方法而言，在图像中，相关性弱，难以模型化的区域(如纹理复杂区域)适合作为嵌入区域进行消息的嵌入，在该区域嵌入视觉失真较小，难以被发觉，这使得这些区域可以承载更大的修改量，带来更高的鲁棒性能。而对于变换域的方法，常用的有离散余弦变换，离散傅里叶变换和离散小波变换，这些变换都将空域信号进行信号转化从而找到鲁棒性和透明性的折衷。传统的鲁棒数字水印算法仅针对图像处理攻击例如加噪，滤波和剪切等有很好的效果，但这仅限于数字产品的流转与传输。随着数字技术的发展，智能手机的普及，通过翻拍图像窃取信息的方式已经越来越多且难以从行为上加以约束，而当图像经过空气信道，例如拍摄纸质文档，拍摄屏幕时，传统的算法并不适用。在此背景下，设计出能抵抗屏摄过程的水印算法显得尤为重要。抗屏摄水印算法区别于传统的鲁棒数字水印算法，这种技术能抵抗空气信道对水印信号的干扰，通过将水印信息以特殊的方式嵌入到图像中，使得图像在经过相机拍摄时仍然保留水印的模式，从而使得水印在拍摄后仍然能够被提取。与传统单一图像攻击手法不同，屏摄场景中有多个过程都会对图像造成失真，主要包括：镜头失真。由于拍摄角度的多种多样，会造成图像的透视畸变和信息丢失。光照失真。由于外部光源和显示器内部光源的存在，使得照片中会存在亮度不均匀的现象对图像的信息产生影响。摩尔纹失真。由于相机感光器件的空间分布和显示器像素的空间分布的差异，可能会造成图像中出现差拍现象，进而产生摩尔纹对图像的细节信息产生影响。目前已有的鲁棒数字水印的算法并不能很好的抵抗屏摄失真带来的影响，所以急需屏摄水印的技术方案来实现屏摄图片的失泄密溯源问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，可以实现失泄密的溯源。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，包括：水印嵌入阶段：对版权信息进行处理，生成待嵌入的水印序列；利用SIFT特征点定位算法在载体图像中定位及筛选出若干特征点，再利用SIFT特征编辑算法增强所有特征点的强度，之后对增强后的特征点周围的待嵌入区域通过频域调制的方式将水印序列进行嵌入，生成含水印的图像；水印提取阶段：当含水印的图像被非法拍摄并流传时，对屏摄图像进行透视畸变校正，再通过裁剪方式获取所需的图像，之后，通过特征点定位算法定位出嵌入位置并使用交叉验证的提取方法将水印序列进行提取，进而复原出版权信息。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过水印嵌入阶段所生成的含水印的图像被非法拍摄后流传，利用水印提取阶段的方式可以有效的将嵌入在图像中的私密消息正确解码，从而实现对载体图像的溯源，为追责和维护版权提供强有力的保障。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的水印嵌入阶段的流程图；图3为本专利技术实施例提供的SIFT特征空间分布示意图；图4为本专利技术实施例提供的嵌入水印后的4张效果图；图5为本专利技术实施例提供的水印提取阶段的流程图；图6为本专利技术实施例提供的透视畸变校正示意图；图7为本专利技术实施例提供的本专利技术方案与现有技术的比较实验结果。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，如图1所示，其主要包括：水印嵌入阶段：对版权信息进行处理，生成待嵌入的水印序列；利用SIFT特征点定位算法在载体图像中定位及筛选出若干特征点，再利用SIFT特征编辑算法增强所有特征点的强度，之后对增强后的特征点周围的待嵌入区域通过频域调制的方式将水印序列进行嵌入，生成含水印的图像；水印提取阶段：当含水印的图像被非法拍摄并流传时，对屏摄图像进行透视畸变校正，再通过裁剪方式获取所需的图像，之后，通过特征点定位算法定位出嵌入位置并使用交叉验证的提取方法将水印序列进行提取，进而复原出版权信息。为了便于理解，下面针对上述两个阶段做详细的介绍。一、水印嵌入阶段。如图2所示，水印嵌入阶段的优选实施方式主要包括：1、对版权信息进行BCH编码，并将其重构成a×b的二值矩阵W，得到待嵌入的水印序列，其中的a与b均为整数。2、对载体图像进行预处理：若载体图像为彩色图像，则将RGB空间的图像转化为YCbCr空间的图像，并将Y通道图像作为待嵌入图像I，若载体图像为灰度图，则直接将载体图像作为待嵌入图像I。3、特征点定位：对于一张待嵌入图像I和特定尺度空间o，通过下采样的方式得到采样后的图像Io作为基图像，公式为：其中，ρ代表采样比例，M与N代表待嵌入图像I的长与宽；对图像Io进行不同平滑程度的高斯滤波得到一系列滤波后图像，如下式所示：L(x,y,σ)＝G(x,y,σ)*Io(x,y)其中，(x,y)是像素点坐标，σ是高斯滤波核的方差，σ决定了滤波平滑的程度；G(x,y,σ)定义为在像素点(x,y)处以σ为方差的高斯滤波核的大小；L(x,y,σ)定义为使用G(x,y,σ)这一高斯滤波核对Io(x,y)进行高斯滤波得到的高斯滤波后的图像；之后，对不同平滑程度的滤波图像进行差分操作，得到一系列差分图像，记为高斯差分空间；D(x,y,σ)＝L(x,y,kσ)-L(x,y,σ)记p＝(x,y,σ)为高斯差分空间中的点，记D(p)＝D(x,y,σ)；对每个高斯差分空间中的点，均与以其自身为中心的3×3×3的立方体中除其自身之外的其余26个点进行对比，如果D(p)为其中的最大值或最小值，则认为p是特征点，并定义p的强度In(p)为：In(p)＝|D(p)|4、特征点筛选：对上个步骤得到的n个特征点进行筛选，筛选出k个满足条件的特征点。每个水印比特需要使用8×8的像素去嵌入，待嵌入的水印序列为a×b的二值矩阵，将需要(a×b)*(8×8)大小的以特征点为中心的像素块。由于嵌入区域不能重叠，需要进行筛选，筛选出特征点强度尽可能大且不重叠的k个区域作为候选嵌入区域。则筛选规则表示为：其中，A(p)表示了以特征点p为中心的嵌入区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，其特征在于，包括：水印嵌入阶段：对版权信息进行处理，生成待嵌入的水印序列；利用SIFT特征点定位算法在载体图像中定位及筛选出若干特征点，再利用SIFT特征编辑算法增强所有特征点的强度，之后对增强后的特征点周围的待嵌入区域通过频域调制的方式将水印序列进行嵌入，生成含水印的图像；水印提取阶段：当含水印的图像被非法拍摄并流传时，对屏摄图像进行透视畸变校正，再通过裁剪方式获取所需的图像，之后，通过特征点定位算法定位出嵌入位置并使用交叉验证的提取方法将水印序列进行提取，进而复原出版权信息。

【技术特征摘要】
1.一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，其特征在于，包括：水印嵌入阶段：对版权信息进行处理，生成待嵌入的水印序列；利用SIFT特征点定位算法在载体图像中定位及筛选出若干特征点，再利用SIFT特征编辑算法增强所有特征点的强度，之后对增强后的特征点周围的待嵌入区域通过频域调制的方式将水印序列进行嵌入，生成含水印的图像；水印提取阶段：当含水印的图像被非法拍摄并流传时，对屏摄图像进行透视畸变校正，再通过裁剪方式获取所需的图像，之后，通过特征点定位算法定位出嵌入位置并使用交叉验证的提取方法将水印序列进行提取，进而复原出版权信息。2.根据权利要求1所述的一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，其特征在于，所述对版权信息进行处理，生成待嵌入的水印序列包括：对版权信息进行BCH编码，并将其重构成a×b的二值矩阵W，得到待嵌入的水印序列，其中的a与b均为整数。3.根据权利要求1或2所述的一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，其特征在于，所述利用SIFT特征点定位算法在载体图像中定位及筛选出若干特征点包括：对载体图像进行预处理：若载体图像为彩色图像，则将RGB空间的图像转化为YCbCr空间的图像，并将Y通道图像作为待嵌入图像I，若载体图像为灰度图，则直接将载体图像作为待嵌入图像I；特征点定位：对于一张待嵌入图像I和特定尺度空间o，通过下采样的方式得到采样后的图像Io作为基图像，公式为：其中，ρ代表采样比例，M与N代表待嵌入图像I的长与宽；对图像Io进行不同平滑程度的高斯滤波得到一系列滤波后图像，如下式所示：L(x,y,σ)＝G(x,y,σ)*Io(x,y)其中，(x，y)是像素点坐标，σ是高斯滤波核的方差，σ决定了滤波平滑的程度；G(x,y,σ)为在像素点(x,y)处以σ为方差的高斯滤波核的大小；L(x,y,σ)为使用G(x,y,σ)这一高斯滤波核对Io(x,y)进行高斯滤波得到的高斯滤波后的图像；之后，对不同平滑程度的滤波图像进行差分操作，得到一系列差分图像，记为高斯差分空间；D(x,y,σ)＝L(x,y,kσ)-L(x,y,σ)记p＝(x,y,σ)为高斯差分空间中的点，记D(p)＝D(x,y,σ)；对每个高斯差分空间中的点，均与以其自身为中心的3×3×3的立方体中除其自身之外的其余26个点进行对比，如果D(p)为其中的最大值或最小值，则认为p是特征点，并定义p的强度In(p)为：In(p)＝|D(p)|特征点筛选：对上个步骤得到的n个特征点进行筛选，筛选出k个满足条件的特征点；每个水印比特需要使用8×8的像素去嵌入，待嵌入的水印序列为a×b的二值矩阵，则筛选规则表示为：其中，A(p)表示了以特征点p为中心的嵌入区域，下标i、j均为特征点的序号，最终筛选出k个满足要求的特征点。4.根据权利要求3所述的一种对屏幕拍摄过程鲁棒的数字水印方法，其特征在于，所述利用SIFT特征编辑算法增强所有特征点的强度的步骤包括：对于特定尺度空间o，假设为筛选出的特征点，记So＝{(x,y,σs)||x-xo|≤1,|y-yo|≤1,|s-so|≤1,x,y,s∈Z}为以po为中心的3×3×3邻域的区域，其中{s|s∈[0,1,2,3,4]}，σs代表了五个滤波平滑程度；xo、yo、代表了在高斯金字塔中po点的横坐标，纵坐标以及所处在第so滤波平滑程度中；σs代表了第s个滤波核的方差，代表了第so个下滤波核的方差，Z代表整数集合；区别对待po为最大值和最小值的情况，将特征点增强问题看做一个优化问题，记Bo为图像Io中m×m大小的以(xo,yo)为中心的图像块，记Bo′为优化后的图像I′中m×m大小的以(xo,yo)为中心的图像块，优化过程表示为：(C.2):没有新的特征点生成其中，ξ为需要增强的强度；DI(po)表示待嵌入图像I在po点处的高斯差分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫明，俞能海，方涵，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34