一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法技术

本发明专利技术一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，属于信息隐藏和图像处理技术领域，采用的实分数傅里叶算法，实现了水印嵌入和加密的双重作用，嵌入水印后的鲁棒性较强，安全性和不可见性增强，水印的总体性能显著提高，不改变原始图像的特征；本发明专利技术嵌入的方法采用的是生成0，1随机矩阵的方法提取矩阵元素，0，1随机矩阵的产生具有多样性与不确定性，即使知道了提取方法，只要不是使用相同的0，1随机矩阵也提取不出正确的水印信息，增强了水印嵌入的安全性；实分数傅里叶变换的变换系数可作为密钥存储，增强了算法的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法
本专利技术属于信息隐藏和图像处理
，具体涉及一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法。
技术介绍
随着网络的发展，人们越来越关注自己所拥有的数字图像的安全及版权问题；信息隐藏技术在数字图像的安全保护方面起到重要作用；信息隐藏为在开放的网络环境下进行涉密的数据通信、数字产品的知识产权保护、重要文件和数字签名的真实性鉴别以及机密文件泄密后的消息源头追踪提供了可靠的信息安全保障。数字水印技术是信息隐藏技术的重要分支。数字水印技术是一种有效的版权保护、内容认证以及数据完整性保护的方法，一直以来受到版权保护相关领域研究者的关注与重视；传统的数字水印技术，一般分为时间域水印算法和空间域水印算法，时间域水印算法易受到外部攻击，安全性不好，不可见性差；而空间域水印算法复杂程度较高，容许嵌入的水印量较小；而变换域水印技术针对噪声的鲁棒性比较强，却存在嵌入容量小的缺点；且传统的水印嵌入方法会或多或少的改变图像的特征。目前数字图像水印算法，如文献辛怡，陶然，王越的基于分数阶傅里叶变换的数字图像实值加密方法；文献辛怡，仲珏，陶然的基于实数离散傅里叶变换的图像数字水印算法；上述方法中均讲述了，目前很多算法在抗攻击性方面都做不到全面抵抗，除此以外多数算法抗攻击性能好，却较复杂不易实现。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术提出一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，以达到实现水印嵌入和加密的双重作用，提高嵌入水印后的鲁棒性、安全性和不可见性的目的。一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，包括以下步骤：步骤1、将水印图像嵌入被保护图像中，具体如下：步骤1-1、将水印图像进行矩阵化处理，即获得该水印图像的像素矩阵，该矩阵的行数为水印图像像素点的行数，该矩阵的列数为水印图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤1-2、对矩阵化处理后的水印图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的水印图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第一密钥；步骤1-3、将变换后的水印图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤1-4、将被保护图像进行矩阵化处理，即获得该被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤1-5、对矩阵化处理后的被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的被保护图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第二密钥；步骤1-6、将变换后的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤1-7、构建0，1随机矩阵，该矩阵的行数与列数与保护图像像素矩阵相同，该矩阵中1的个数与水印图像的像素矩阵中元素个数相同，并记录该0，1随机矩阵作为第三密钥；步骤1-8、将置乱后的被保护图像像素矩阵与0，1随机矩阵相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；步骤1-9、用获得的提取矩阵减去置乱后的水印图像像素矩阵，获得密钥矩阵，将该矩阵作为第四密钥；步骤1-10、完成零水印嵌入过程；步骤2、保存第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四密钥和嵌入水印后的被保护图像；步骤3、根据存储的第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四密钥和嵌入水印后的被保护图像，进行水印提取，具体如下：步骤3-1、将嵌入水印的被保护图像进行矩阵化处理，即获得该嵌入水印的被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为嵌入水印的被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为嵌入水印的被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤3-2、根据存储的第二密钥，对矩阵化处理后的嵌入水印被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵；步骤3-3、将变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤3-4、将变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵与存储的0，1随机矩阵，即第三密钥对应元素相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；步骤3-5、将获得的提取矩阵与密钥矩阵，即第四密钥相减，获得置乱后的水印图像像素矩阵；步骤3-6、将置乱后的水印图像像素矩阵进行反置乱，即获得水印图像像素矩阵；步骤3-7、根据保存的第一密钥，对获得水印图像像素矩阵进行实分数傅立叶逆变换，获得个像素点的时域值，变换后的矩阵即为原始水印图像像素矩阵，完成对嵌入水印图像的提取。步骤1-3、步骤1-6和步骤3-3所述的置乱处理，即将矩阵中第一行元素与最后一行元素交换位置，第二行元素与倒数第二行元素交换位置，以此类推，完成矩阵各行元素的置乱，再将矩阵中第一列元素与最后一列元素交换位置，第二列元素与倒数第二列元素交换位置，以此类推，完成矩阵各列元素的置乱。本专利技术优点：本专利技术用零水印算法解决数字图像的保护问题，创造性的将实分数傅里叶变换应用于零水印算法之中，创新之处主要表现在以下几个方面：1、传统的水印方法在嵌入水印的过程中或多或少的改变了原始图像的特征，然而我们采用的零水印算法，在不改变原始图像特征的前提下，嵌入水印信息，起到对图像保护的作用2、本专利技术应用实分数傅里叶变换应用于零水印算法之中，相比于已有的针对数字图像版权保护的方法，本算法嵌入水印的信息量更大，抗攻击性能更强，安全性更高；3、本专利技术在水印嵌入和提取的过程中，巧妙的应用构造0，1随机矩阵的方法进行水印嵌入，不仅起到了置乱的作用，消除了图像相关元素关联性，而且0，1随机矩阵具有不确定性，增加了算法的安全性与可靠性；4、传统的算法的计算结果为复数，本算法中实分数傅里叶变换的结果为实数，更加利于存储、传输和处理，同时也大大降低算法的复杂程度，使专利技术更加容易实现；综上所述，本专利技术提出一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，采用的实分数傅里叶算法，实现了水印嵌入和加密的双重作用，嵌入水印后的鲁棒性较强，安全性和不可见性增强，水印的总体性能显著提高，不改变原始图像的特征；本专利技术嵌入的方法采用的是生成0，1随机矩阵的方法提取矩阵元素，0，1随机矩阵的产生具有多样性与不确定性，即使知道了提取方法，只要不是使用相同的0，1随机矩阵也提取不出正确的水印信息，增强了水印嵌入的安全性；实分数傅里叶变换的变换系数可作为密钥存储，增强了算法的安全性和可靠性。附图说明图1为本专利技术一种实施例的水印图像嵌入过程流程图；图2为本专利技术一种实施例的水印图像；图3为本专利技术一种实施例的水印图像实分数傅里叶变换后的图像；图4为本专利技术一种实施例的原始图像；图5为本专利技术一种实施例的原始图像实分数傅里叶变换后的图像；图6为本专利技术一种实施例的水印图像提取过程流程图；图7为本专利技术一种实施例的提取的水印图像；图8为本专利技术一种实施例的高斯白噪声攻击实验结果示意图，其中，图(a)为方差为0.003时提取的水印图像，图(b)为方差为0.006时提取的水印图像，图(c)为方差为0.009时提取的水印图像，图(d)为方差为0.03时提取的水印图像；图9为本专利技术一种实施例的椒盐噪声攻击本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将水印图像嵌入被保护图像中，具体如下：步骤1‑1、将水印图像进行矩阵化处理，即获得该水印图像的像素矩阵，该矩阵的行数为水印图像像素点的行数，该矩阵的列数为水印图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤1‑2、对矩阵化处理后的水印图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的水印图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第一密钥；步骤1‑3、将变换后的水印图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤1‑4、将被保护图像进行矩阵化处理，即获得该被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤1‑5、对矩阵化处理后的被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的被保护图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第二密钥；步骤1‑6、将变换后的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤1‑7、构建0，1随机矩阵，该矩阵的行数与列数与保护图像像素矩阵相同，该矩阵中1的个数与水印图像的像素矩阵中元素个数相同，并记录该0，1随机矩阵作为第三密钥；步骤1‑8、将置乱后的被保护图像像素矩阵与0，1随机矩阵对应元素相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；步骤1‑9、用获得的提取矩阵减去置乱后的水印图像像素矩阵，获得密钥矩阵，将该矩阵作为第四密钥；步骤1‑10、完成零水印嵌入过程；步骤2、保存第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四密钥和被保护图像；步骤3、根据存储的第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四密钥和被保护图像，进行水印提取，具体如下：步骤3‑1、将嵌入水印的被保护图像进行矩阵化处理，即获得该嵌入水印的被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为嵌入水印的被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为嵌入水印的被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤3‑2、根据存储的第二密钥，对矩阵化处理后的嵌入水印被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵；步骤3‑3、将变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤3‑4、将变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵与存储的0，1随机矩阵，即第三密钥对应元素相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；步骤3‑5、将获得的提取矩阵与密钥矩阵，即第四密钥相减，获得置乱后的水印图像像素矩阵；步骤3‑6、将置乱后的水印图像像素矩阵进行反置乱，即获得水印图像像素矩阵；步骤3‑7、根据保存的第一密钥，对获得的水印图像像素矩阵进行实分数傅立叶逆变换，获得各像素点的时域值，变换后的矩阵即为原始水印图像像素矩阵，完成对嵌入水印图像的提取。...

【技术特征摘要】
1.一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将水印图像嵌入被保护图像中，具体如下：步骤1-1、将水印图像进行矩阵化处理，即获得该水印图像的像素矩阵，该矩阵的行数为水印图像像素点的行数，该矩阵的列数为水印图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤1-2、对矩阵化处理后的水印图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的水印图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第一密钥；步骤1-3、将变换后的水印图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤1-4、将被保护图像进行矩阵化处理，即获得该被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；步骤1-5、对矩阵化处理后的被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的被保护图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第二密钥；步骤1-6、将变换后的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；步骤1-7、构建0,1随机矩阵，该矩阵的行数与列数与保护图像像素矩阵相同，该矩阵中1的个数与水印图像的像素矩阵中元素个数相同，并记录该0,1随机矩阵作为第三密钥；步骤1-8、将置乱后的被保护图像像素矩阵与0,1随机矩阵对应元素相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；步骤1-9、用获得的提取矩阵减去置乱后的水印图像像素矩阵，获得密钥矩阵，将该矩阵作为第四密钥；步骤1-10、完成零水印嵌入过程；步骤2、保存第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎俊，石振丁，赵俊婷，姜振宇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21