卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入和提取方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入和提取方法，属于信息安全技术领域，该方法能够在对SHP格式的卫星遥感影像进行产品质量监督、保障产品信息安全、追溯相关责任的同时，减少存储冗余信息，进而在少量空间中存放较多的水印信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息安全
，具体涉及一种卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入和提取方法。
技术介绍
卫星遥感影像是国家重要的基础性、战略性信息资源，是科学规划、环境保护、资源开发、工程建设、军事作战等工作的重要依据，是信息化建设和可持续发展的基础性工具和重要保障。保障卫星遥感影像的数据信息安全是工程技术人员面临的重要问题。信息安全加密技术是保护数字产品最常用的方法，该技术的发展比较成熟，在信息社会的各个领域中得到了广泛的应用。利用加密技术将文件进行加密，使文件内容变为密文，这样一来即使文件被非法拦截也无法获取其内容，以此达到保护的目的。然而，加密技术本身存在一些难以克服的缺点，加密后的数据更容易引起攻击者的注意，随着计算机的飞速发展使得密码破译能力越来越强，常规密码的安全性受到了极大的威胁。更严重的是，一旦密码被攻击者破译，数字产品将失去保护，很容易出现盗版侵权、非法访问、恶意篡改等行为。数字水印技术弥补了传统加密技术的不足，逐渐发展起来。一个完整的数字水印方案一般包括三部分：水印生成、水印嵌入、水印提取或检测。具体来说，数字水印技术实际上是通过对载体媒质分析、水印预处理、水印嵌入位置选择、水印嵌入方式设计、水印提取方式设计等关键环节进行合理优化，在优先满足基本需求的前提下，寻求解决不可感知性、安全可靠性、稳健性主要约束条件下的准最优化设计问题。数字水印嵌入的基本过程如图1所示，其输入的内容包括原始水印信息、原始载体数据和一个可选的密钥，输出的结果是含有水印的数据。水印生成算法应保证水印的唯一性、有效性、不可逆性等属性。密钥可用来加强安全性，以避免未授权的水印恢复或水印提取。由下式可以定义水印嵌入的一般过程：其中，表示嵌入水印后的数据（即含水印的数据）；为水印嵌入算法；表示原始载体数据；表示原始水印信息；表示密钥集合。这里密钥是可选项，一般用于水印信号的提取。图2是数字水印提取的一般过程，其过程可以需要原始载体图像或原始水印的参与，也可以不需要这些信息，不同情况下的水印提取过程可以描述如下。需要原始载体数据时：需要原始水印时：没有原始信息时：其中，表示所提取的水印；为水印提取算法；表示含有水印的数据。利用上述数字水印技术在对卫星遥感影像SHP点文件进行加密时，需要将整张图片都当做水印信息，而对水印图片的处理主要局限于将其生成0、1二值序列，这样做浪费了傅里叶变换时所产生的复数数组的虚部，同时也增加了水印信息的额外开销，增加了水印信息的空间占用量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入和提取方法，该方法能够在对SHP格式的卫星遥感影像进行产品质量监督、保障产品信息安全、追溯相关责任的同时，减少存储冗余信息，进而在少量空间中存放较多的水印信息。为了达到上述目的，本专利技术所采取的技术解决方案如下。卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入过程，包括如下步骤：步骤 1 对作为水印图片的bmp文件进行置乱处理，置乱过程是把原图像的每个像素点的横纵坐标乘以一个矩阵，得到新的坐标，再用新的坐标除以图像的长和宽取余数，得到每一个像素点的新坐标。其中分别为原图像横纵坐标，分别为乘以矩阵后的横纵坐标，分别为置乱处理后新得到的横纵坐标，为bmp图像的长和宽，单位为像素；步骤2：将变换后的二值bmp图像，变换为矢量图像，变换方式为找出图中所有像素值为0（即黑色）的点，依次记录这些点的坐标；步骤3：对坐标进行缩小处理，将坐标乘以一个固定系数（除以水印图像长和宽的像素数），让所有值都小于1；其中，32为本文设定的水印图像长和宽的像素值，M为置乱处理后bmp图像黑色像素点的个数，为缩放处理后所有黑色点的坐标序列；步骤4：把原始点文件数据序列的横坐标作为复数的实部，纵坐标作为复数的虚部，生成复数数组，进行傅里叶变换，得到傅里叶变换后的系数其中，为原始点文件数据序列，为傅里叶变换后的数据序列，N为点文件中点实体的总数，分别为点实体的横纵坐标，为傅里叶变换后的系数；步骤5：将预处理得到的黑色点的坐标序列记做，做傅里叶变换，得到变换后序列；其中，作为复数序列的实部，作为复数序列的虚部，为傅里叶变换后得到的序列；步骤6：将傅里叶变换后得到的点文件数据序列和黑色点的坐标序列求和，得到嵌入水印的序列，并对该序列作离散傅里叶逆变换，得到嵌入水印后的点文件坐标序列；其中，为求和后序列，为作离散傅里叶逆变换后得到的嵌入水印序列， 即为嵌入水印后的点的横纵坐标，完成水印嵌入。卫星遥感影像SHP点文件的数字水印提取过程，包括如下步骤:步骤1：对原始图像，嵌入过水印的图像，分别作快速傅里叶变换，其中，表示原矢量图像，为原矢量图像坐标，表示变换后图像，为变换后图像坐标，表示嵌入水印后图像，为嵌入过水印的图像坐标，表示变换后含水印图像，为变换后嵌入过水印的图像坐标，N和M分别为原始图像和含水印图像中点实体的个数；步骤2：计算上一步两个傅里叶变换后的序列的差值，用含水印图像傅里叶变换后得到的复数数组，与原始图像傅里叶变换后的复数数组相减，得到的差即为水印信息的傅里叶变换后的数组，取N、M中较小的数作为相减的个数，再进行快速傅里叶逆变换，得出水印的矢量信息，其中，为相减后得到的数组，为其坐标值，为相减的个数，为水印的矢量信息，为其坐标值；步骤3：把得到的乘以水印图片预处理时的系数（水印图片的长和宽的像素数，即32），点坐标的小数位取整，按照矢量信息中储存的坐标的点为黑色，其余的坐标点为白色的规则，构造出bmp二值图像；步骤4：将步骤3中构造出的bmp二值图像再经过置乱处理，得到的图像即为水印图像，水印提取结束。本专利技术将水印图片作为逻辑意义上的矢量图，复数数组分别存放的是像素为黑色的点的x、y坐标，所存放的信息量不变，而占用的空间却大大减少，可以在少量空间中存放较多的水印信息。由于进行傅里叶变换的水印信息中存放的是坐标序列，所以x、y的坐标值可能会比较大，从而对原矢量图像的精度产生一些影响。本专利技术是用坐标序列除以水印图片的长和宽的像素数，从而得到的坐标序列均为小于1的序列，如此就不会对原图像的使用价值造成较大的影响。附图说明图1 数字水印嵌入的基本过程。图2 数字水印提取的一般过程。图3 SHP文件水印嵌入具体过程。图4 SHP文件水印提取具体过程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：一种卫星遥感影像SHP点文件的数字水印具体嵌入过程如图3所示，文字描述如下：步骤1：嵌入水印之前，首先要对作为水印图片的bmp文件进行Arnold置乱（又称猫脸变换），置乱过程是把原图像的每个像素点的横纵坐标乘以一个矩阵，得到新的坐标，再用新的坐标除以图像的长和宽取余数，得到每一个像素点的新坐标，其中分别为原图像横纵坐标，分别为乘以矩阵后的横纵坐标，分别为置乱处理后新得到的横纵坐标，为bmp图像的长和宽，单位为像素，本专利技术均取31；置乱的次数times可以作为密钥，在后面水印提取的过程中将会用到；步骤2：将变换后的二值bmp图像变换为矢量图像，变换方式为找出图中所有像素值为0（即黑色）的点，依次记录这些点的坐标；步骤3：为了减小嵌入水印对原始图像的影响，将坐标乘以一个固定系数，本专利技术为水印图像长和宽的像素数的倒数，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入过程，其特征在于，包括如下步骤：步骤 1 对作为水印图片的bmp文件进行置乱处理，置乱过程是把原图像的每个像素点的横纵坐标乘以一个矩阵，得到新的坐标，再用新的坐标除以图像的长和宽取余数，得到每一个像素点的新坐标，其中分别为原图像横纵坐标，分别为乘以矩阵后的横纵坐标，分别为置乱处理后新得到的横纵坐标，为bmp图像的长和宽，单位为像素；步骤2：将变换后的二值bmp图像，变换为矢量图像，变换方式为找出图中所有像素值为0（即黑色）的点，依次记录这些点的坐标；步骤3：对坐标进行缩小处理，将坐标乘以一个固定系数（除以水印图像长和宽的像素数），让所有值都小于1；其中，32为本文设定的水印图像长和宽的像素值，M为置乱处理后bmp图像黑色像素点的个数，为缩放处理后所有黑色点的坐标序列；步骤4：把原始点文件数据序列的横坐标作为复数的实部，纵坐标作为复数的虚部，生成复数数组，进行傅里叶变换，得到傅里叶变换后的系数其中，为原始点文件数据序列，为傅里叶变换后的数据序列，N为点文件中点实体的总数，分别为点实体的横纵坐标，为傅里叶变换后的系数；步骤5：将预处理得到的黑色点的坐标序列记做，做傅里叶变换，得到变换后序列；其中，作为复数序列的实部，作为复数序列的虚部，为傅里叶变换后得到的序列；步骤6：将傅里叶变换后得到的点文件数据序列和黑色点的坐标序列求和，得到嵌入水印的序列，并对该序列作离散傅里叶逆变换，得到嵌入水印后的点文件坐标序列；其中，为求和后序列，为作离散傅里叶逆变换后得到的嵌入水印序列，即为嵌入水印后的点的横纵坐标，完成水印嵌入。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星遥感影像SHP点文件的数字水印嵌入过程，其特征在于，包括如下步骤：步骤 1 对作为水印图片的bmp文件进行置乱处理，置乱过程是把原图像的每个像素点的横纵坐标乘以一个矩阵，得到新的坐标，再用新的坐标除以图像的长和宽取余数，得到每一个像素点的新坐标，其中分别为原图像横纵坐标，分别为乘以矩阵后的横纵坐标，分别为置乱处理后新得到的横纵坐标，为bmp图像的长和宽，单位为像素；步骤2：将变换后的二值bmp图像，变换为矢量图像，变换方式为找出图中所有像素值为0（即黑色）的点，依次记录这些点的坐标；步骤3：对坐标进行缩小处理，将坐标乘以一个固定系数（除以水印图像长和宽的像素数），让所有值都小于1；其中，32为本文设定的水印图像长和宽的像素值，M为置乱处理后bmp图像黑色像素点的个数，为缩放处理后所有黑色点的坐标序列；步骤4：把原始点文件数据序列的横坐标作为复数的实部，纵坐标作为复数的虚部，生成复数数组，进行傅里叶变换，得到傅里叶变换后的系数其中，为原始点文件数据序列，为傅里叶变换后的数据序列，N为点文件中点实体的总数，分别为点实体的横纵坐标，为傅里叶变换后的系数；步骤5：将预处理得到的黑色点的坐标序列记做，做傅里叶变换，得到变换后序列；其中，作为复数序列的实部，作为复数序列的虚部，为傅里叶变换后得到的序列；步骤6：将傅里叶变换后得到的点文件数据序列和黑色点的坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：金永涛，安志远，吴俊聪，陈曦，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北;13