基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法制造技术

本发明专利技术提供了一种基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法，用于在三维模型中嵌入水印图像以及提取水印图像的提取图像具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将水印图像进行双随机相位光全息加密得到加密图像；步骤S2，对三维模型进行预处理得到几何特征矩阵R'；步骤S3，对几何特征矩阵R'进行Schur分解并嵌入加密图像得到处理模型，该处理模型作为待测模型；步骤S4，对待测模型进行水印提取得到提取图像。本算法具有很强的抗顶点重排攻击能力、很强的抗旋转能力、很强的抗平移能力、很强的抗缩放能力、较强的抗噪能力以及较强的抗裁剪能力，鲁棒性非常好；此外，本算法不易被解密仿制。

Blind digital watermarking algorithm for three-dimensional model based on Chur decomposition

The invention provides a three-dimensional model blind digital watermarking algorithm based on Chur decomposition, which is used for embedding watermarking image in the three-dimensional model and extracting the extracted image of watermarking image with such characteristics, including the following steps: firstly, the watermarking image is encrypted by double random phase light hologram and the encrypted image is obtained; The geometric feature matrix R', which is obtained by preprocessing the three-dimensional model, is decomposed by Schur and embedded in the encrypted image to get the processing model. The processing model is used as the model to be tested. 4. Watermarking is extracted from the measured model to get the extracted image. This algorithm has strong anti-vertex rearrangement attack ability, strong anti-rotation ability, strong anti-translation ability, strong anti-scaling ability, strong anti-noise ability and strong anti-clipping ability, and its robustness is very good. In addition, this algorithm is not easy to be decrypted and copied.

【技术实现步骤摘要】
基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法
本专利技术涉及一种基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法，属于三维模型数字水印领域。
技术介绍
近年来，随着计算机处理能力的提高，三维模型作为一种新的媒体数据，在计算机辅助设计、计算机图形学、虚拟现实到文物考古、医学可视化、影视游戏等众多领域得到了广泛应用。与传统的媒体数据—文字、音频、图像—相比，三维模型的获取、加工处理更加复杂，投入的人力、物力和财力更多，凝聚了更多的智力因素，具有更高的价值。因此面对人类社会的数字化进程、在网络交流日益普及和电子商务逐渐启动的今天，如何对三维模型进行有效保护变得势在必行。其中三维模型数字水印是对三维模型进行有效保护的一种重要手段，它的研究不仅可在信息交流中防止侵权、在打击盗版方面发挥着重要的作用，而且对于规范数字化市场、促进人类信息产业健康持续的发展也具有极为重要的意义。在公开出版的文献中，国内学者对数字水印的研究多集中于图像水印，而对3D网格数字水印的研究还处于起步阶段。其中，有代表性的成果有：2002年，浙江大学CAD&CG国家重点实验室的周昕等提出的一种基于平面参数化和小波变换的网格水印算法，该算法利用边折叠网格简化及其在这一过程中产生的其他信息，通过平面参数化方法将原始3D网格转化为平面矩形域上的二维网格，然后采用基于小波变换的方法嵌入水印。2009年，清华大学王瑀屏等人提出了一种基于积分不变量的空域半脆弱盲水印算法，该算法虽然可以抵抗顶点乱序、RST变换、轻微噪声等攻击，但易造成原始三维模型的整体变形。此外，上述现有的三维网格数字水印算法都存在着易被解密仿制无法进行准确地防伪认证的突出问题。光波是一种简谐电磁波，有振幅、频率、波矢、初相位和偏振方向等五个不同的特征量，具有很强的信息携带能力，因而基于光学信息处理技术的加密防伪研究也受到国内外学者的广泛重视。其中最典型的就是2000年Takai等人提出的正实图像全息水印技和印度理工学院的Unnikrishnan等人在2000年提出的基于分数傅里叶域的双随机加密技术。前者的算法水印没有安全性，而且鲁棒性差不能抵抗一般的低通滤波和JPEG压缩等常用操作；而后者所提出的双随机相位加密技术其安全性也在不高，主要是由于加密过程的线性处理。总之，现有的三维模型数字水印技术普遍存在鲁棒性差、易被解密仿制的缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决三维模型数字水印技术鲁棒性差、易被解密仿制的问题而进行的，目的在于提供一种基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法。本专利技术提供了一种基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法，用于在三维模型中嵌入水印图像以及提取水印图像的提取图像具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将水印图像进行双随机相位光全息加密得到加密图像；步骤S2，对三维模型进行预处理得到几何特征矩阵R′；步骤S3，对几何特征矩阵R′进行Schur分解并嵌入加密图像得到处理模型，该处理模型作为待测模型；步骤S4，对待测模型进行水印提取得到提取图像，其中，步骤S3包括以下子步骤，步骤S3-1，将几何特征矩阵R′进行分块处理得到非重叠的Nm个第一子矩阵块，步骤S3-2，对第一子矩阵块进行Schur分解得到对应的酉矩阵U，步骤S3-3，分别对酉矩阵U的每一行的元素进行比较并选取出各行绝对值最大的元素umax，步骤S3-4，通过以下公式，对酉矩阵U的各行的元素umax嵌入加密图像得到元素u′max和含有元素u′max的第二子矩阵块，q＝10m，m表示元素umax的数值中小数点后第一位非零数值的位置数，表示向下取整，wi表示加密图像经过二值处理后按行读取生成的一维水印信息W中元素，W＝w1,w2,......wi，wi∈{0,1}，步骤S3-5，重复步骤S3-2～S3-5直到将一维水印信息W全部嵌入Nm个第一子矩阵块中，得到具有Nm个第二子矩阵块的特征矩阵Rw，步骤S3-6，对Nm个第二子矩阵块分别进行逆Schur分解，并进行处理后得到处理模型，其中，步骤S4包括以下子步骤，步骤S4-1，将待测模型按照步骤S2和步骤S3-1进行处理得到N′m个第三子矩阵块，步骤S4-2，将第三子矩阵块按照步骤S3-2和步骤S3-3进行处理得到第三子矩阵块的酉矩阵U′的各行绝对值最大的元素u″max，步骤S4-3，通过以下公式，从第三子矩阵块的酉矩阵U′的各行的元素u″max中提取出水印信息q′＝10m′，m′表示元素u″max的数值中小数点后第一位非零数值的位置数，步骤S4-4，重复步骤S4-2和步骤S4-3直到从N′m个第三子矩阵块提取出所有的水印信息步骤S4-5，将待测模型的所有的水印信息进行处理后得到提取图像。在本专利技术提供的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1包括以下子步骤，步骤S1-1，生成加密秘钥；步骤S1-2，结合相位调制技术，将水印图像与加密秘钥进行双随机相位调制得到调制信息；步骤S1-3，将调制信息进行傅里叶变换并与构造参考光进行卷积后得到加密图像；步骤1-4，将加密图像进行二值处理得到二值水印图像gmark(x,y)；步骤1-5，对二值水印图像gmark(x,y)按行读取得到一维水印信息W。在本专利技术提供的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1-1中，加密秘钥为模拟生成光学相位调制的相位模板。在本专利技术提供的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法中，还可以具有这样的特征：其中，三维模型记作V{vi,i＝1,2,......n}，n表示三维模型的顶点vi的数目，在笛卡尔坐标系中，顶点vi的坐标为vi(xi,yi,zi)，步骤S2包括以下子步骤，步骤S2-1，通过以下公式计算三维模型的中心点vc(xc,yc,zc)的坐标，步骤S2-2，平移三维模型的中心到笛卡尔坐标系的原点，顶点坐标变为v′i(x′i,y′iz′i),步骤S2-3，采用主成分分析法对三维模型的姿态进行调整，三维模型的顶点坐标变为v″i(x″i,y″i,z″i)，步骤S2-4，将顶点坐标v″i(x″i,y″i,z″i)转换为球面坐标，步骤S2-5，通过以下公式，由顶点的球面坐标生成几何特征矩阵R′，定义向量R′K＝(rK1,rK2,......rKL),1≤K≤L，在本专利技术提供的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法中，还可以具有这样的特征：其中，第一子矩阵块的个数第一子矩阵块的大小为s×s，s×s表示二值水印图像gmark(x,y)的大小，m表示Schur分解矩阵的行数或列数。在本专利技术提供的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S3-6中，对每一个第二子矩阵块进行逆Schur分解后的处理包括：根据特征矩阵Rw的元素riw通过下列公式将顶点vi的球面坐标转化为笛卡尔坐标并通过主成分分析法将三维模型调整到原来的姿态得到处理模型，在本专利技术提供的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S4-5中，将待测模型的所有的水印信息进行处理的过程为，将所有的水印信息按每8位为1组进行分组并将每组的数据转换为十进制的数据，得到灰度图像H*(x,y)，将灰度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法，用于在三维模型中嵌入水印图像以及提取所述水印图像的提取图像，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将所述水印图像进行双随机相位光全息加密得到加密图像；步骤S2，对所述三维模型进行预处理得到几何特征矩阵R'；步骤S3，对所述几何特征矩阵R'进行Schur分解并嵌入所述加密图像得到处理模型，该处理模型作为待测模型；步骤S4，对所述待测模型进行水印提取得到所述提取图像，其中，步骤S3包括以下子步骤，步骤S3‑1，将所述几何特征矩阵R'进行分块处理得到非重叠的Nm个第一子矩阵块，步骤S3‑2，对所述第一子矩阵块进行Schur分解得到对应的酉矩阵U，步骤S3‑3，分别对所述酉矩阵U的每一行的元素进行比较并选取出各行绝对值最大的元素umax，步骤S3‑4，通过以下公式，对所述酉矩阵U的各行的元素umax嵌入所述加密图像得到元素u'max和含有元素u'max的第二子矩阵块，

【技术特征摘要】
1.一种基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法，用于在三维模型中嵌入水印图像以及提取所述水印图像的提取图像，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将所述水印图像进行双随机相位光全息加密得到加密图像；步骤S2，对所述三维模型进行预处理得到几何特征矩阵R'；步骤S3，对所述几何特征矩阵R'进行Schur分解并嵌入所述加密图像得到处理模型，该处理模型作为待测模型；步骤S4，对所述待测模型进行水印提取得到所述提取图像，其中，步骤S3包括以下子步骤，步骤S3-1，将所述几何特征矩阵R'进行分块处理得到非重叠的Nm个第一子矩阵块，步骤S3-2，对所述第一子矩阵块进行Schur分解得到对应的酉矩阵U，步骤S3-3，分别对所述酉矩阵U的每一行的元素进行比较并选取出各行绝对值最大的元素umax，步骤S3-4，通过以下公式，对所述酉矩阵U的各行的元素umax嵌入所述加密图像得到元素u'max和含有元素u'max的第二子矩阵块，q＝10m，m表示元素umax的数值中小数点后第一位非零数值的位置数，表示向下取整，wi表示所述加密图像经过二值处理后按行读取生成的一维水印信息W中元素，W＝w1,w2,......wi，wi∈{0,1}，步骤S3-5，重复步骤S3-2～S3-5直到将所述一维水印信息W全部嵌入Nm个所述第一子矩阵块中，得到具有Nm个第二子矩阵块的特征矩阵Rw，步骤S3-6，对Nm个所述第二子矩阵块分别进行逆Schur分解，并进行处理后得到所述处理模型，其中，步骤S4包括以下子步骤，步骤S4-1，将所述待测模型按照步骤S2和步骤S3-1进行处理得到N'm个第三子矩阵块，步骤S4-2，将所述第三子矩阵块按照步骤S3-2和步骤S3-3进行处理得到所述第三子矩阵块的酉矩阵U'的各行绝对值最大的元素u″max，步骤S4-3，通过以下公式，从所述第三子矩阵块的酉矩阵U'的各行的元素u”max中提取出水印信息q'＝10m'，m'表示元素u”max的数值中小数点后第一位非零数值的位置数，步骤S4-4，重复步骤S4-2和步骤S4-3直到从N'm个所述第三子矩阵块提取出所有的水印信息步骤S4-5，将所述待测模型的所有的水印信息进行处理后得到所述提取图像。2.根据权利要求1所述的基于Schur分解的三维模型盲数字水印算法，其特征在于：其中，步骤S1包括以下子步骤，步骤S1-1，生成加密秘钥；步骤S1-2，结合相位调制技术，将所述水印图像与所述加密秘钥进行双随机相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文举，窦曙光，姜中敏，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31