一种基于曲线分割的矢量地图水印方法技术

本发明专利技术一种基于曲线分割的矢量地图水印方法，其包括如下步骤：利用水印嵌入界面将矢量地图嵌入水印；对待加水印的矢量地图进行曲线分割；分割后的矢量地图的曲线总数目，生成的水印信息循环多次的嵌入到曲线中；对水印嵌入曲线的位置进行旋转；利用水印提取及检测单元对含有水印信息的地图提取水印信息，计算水印的相似度，并进行相似度检测。本方法能保证矢量图形或地图精度，又具有安全性、鲁棒性，并能抗剪裁、抗无损压缩等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。技术背景数字水印技术涉及的应用领域比较广泛，尤其是在各种图像、视频和音频 数据中已有相当多的研究成果，并已形成各种产品投入应用。然而，它们绝大 多数是针对场模型的栅格数据，而基于对象模型的矢量图形数字水印则研究的相对非常少。随着矢量图形的广泛应用和SVG网络图形发布标准的推出，各种 矢量数据，如GIS、 3D数字模型、各种设计图、规划图和艺术创作图等，常以 矢量图形存储、表达和传输。值得关注的是，随着"数字中国"的逐步实现， 空间信息应用面越来越广泛，空间信息共享服务被列入重要的议事议程，但随 之而来的重要问题之一是空间信息的数据版权保护。因此，作为空间信息主要 数据类型——矢量图形或数字地图的数字水印必然受到多方关注，并成为亟需 解决的关键技术之一。目前，国内外关于矢量图形数字水印的研究较少，相关的技术仍不够成熟， 常在水印的鲁棒性、安全性、抗压縮能力和抗格式转换等方面的性能不能兼顾， 难以适应或符合实际应用。矢量图形数字水印嵌入的算法按水印信息嵌入方式 可分为两大类 一是移动点；二是添加点。移动点的水印嵌入算法又被分为 空间域或频率域移动点，前者的算法主要是通过在一定容差范围内移动坐标点 来嵌入水印；后者则是基于频率域的算法，这类方法通过运用各种变换算法， 如- DCT变换、傅立叶变换或小波变换的系数来嵌入水印，其实质也是移动矢量图形的顶点，且顶点的移动幅度无法精确控制，故不适合对精度要求较高的矢 量地图应用。然而，添加点算法仅有屈指可数的研究报道，主要采用在每个顶 点附近或若干个顶点附近嵌入水印点，这些算法主要优点是简单、鲁棒性较好， 但缺乏安全性，不能抗矢量图有损压縮压縮和无损压縮的攻击或应用操作攻击。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种既能保证矢量图形或地图精 度，又具有安全性、鲁棒性，并能抗剪裁、抗无损压縮的基于曲线分割的矢量 地图水印方法。本专利技术采取的技术方案为 ，包括 如下步骤(1) 利用水印嵌入界面实现水印生成、矢量地图嵌入水印和水印提取检测；(2) 对待加水印的矢量地图进行曲线分割；(3) 根据步骤(2)分割后的矢量地图的曲线总数目，把在步骤(1)中生成 的水印信息循环多次的嵌入到曲线中；(4) 对歩骤(3)水印嵌入曲线的位置进行旋转；(5) 利用水印提取及检测单元对含有水印信息的地图提取水印信息，计算水印的相似度，并进行相似度检测。步骤(1)中，从用户证书中取出密钥，利用密钥对个性化用户信息进行加密形成水印信息，加密算法采用RSA公钥系统，用户个性化信息为20 25个 英文字母。步骤(2)中，把矢量地图看作一个曲线的集合，对所有的长曲线按照一定 阈值进行分割，形成多条短曲线。用于分割曲线的阈值应由用户密钥确定步骤(3)中，每条曲线中除了最后一个顶点的其它所有顶点的附近都嵌入 一个水印点， 一条曲线所有的水印点都表示同一个水印位，曲线上的第i个点为(^\i，ww)，要嵌入的水印位为v,,嵌入水印点的坐标为(^^，"^乙)，则(W^，W。的计算公式如下^、 = (vxi+li -"1^,',".入其中，0< <1，是调制幅值，A由用户密钥确定。步骤(4)中，对水印嵌入曲线的坐标点0^l，Wl)进行位置的旋转，旋转 角度为e，则计算公式如下气'+cos<9_《乂_—^n(9一永_对嵌入点以前一结点为中心旋转一个小角度《，使嵌入的水印点和原曲线的 两个结点间略有偏移。步骤(5)中，①把水印地图和原始地图进行比较，按照水印嵌入算法步 骤(2)进行水印图形或地图的曲线分割。②对水印图中的水印点进行反旋转，旋转角度为P，第i条曲线的第k个水印点为(VX^+u， " 'n》，则其反旋转的计算公式为f《二议'骑-气议_%」+《 碜;③对每一条曲线p'和p'i，分别计算其除去最后一个点后的重心坐标:<formula>formula see original document page 9</formula>并对原图的每条曲线i的顶点计算以下两个量的值:<formula>formula see original document page 9</formula> 按照以下公式分别计算每条曲线纵横坐标的水印点<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 10</formula>计算每条曲线的水印信息值<formula>formula see original document page 10</formula>对提取出的水印m'进行检测，首先计算其与原始水印信息m的相似度,公式如下<formula>formula see original document page 11</formula>对照相似度的阈值曲线进行阈值确定，从而判断是否有水印存在。 附图说明图l为水印嵌入、提取和检测方法的实施流程图；图2为水印嵌入方法的用户界面；图3为水印提取和检测方法的用户界面；图4为相似度阈值的阈值曲线；图5为试验区SVG矢量地图被嵌入完整水印图示；图6为试验区地图经多种几何变换操作后的水印图示；图7为对试验区水印图进行7种比例裁剪攻击模式的示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的基于曲线分割的矢量地图水印方法，在此，以基于 XML-SVG的全文本标准格式的地图为例，其包括两个方面a、水印嵌入算法与 处理方法；b、水印提取和检测算法与处理方法。a、水印嵌入算法与处理方法 (1)利用水印嵌入界面将矢量地图嵌入水印。利用本专利技术的水印嵌入界面，如图2所示，可对矢量地图嵌入水印。系统要 求使用者必须提供用户证书库文件，即用户证书信息，包括证书库密码、证书别名和证书密码。此外，还需输入用户的个性化信息，从用户的水印证书中取出用户密钥，采用RSA密钥系统对用户个性化的待嵌入信息加密，并形成水印信息，如单位名称或姓名等用于生成水印信息，并保存用户特征水印信息 后，方能进一步将其嵌入待加水印的地图中。上述的用户个性化信息一般为20 25个英文字母。(2) 对待加水印的矢量地图进行曲线分割。矢量图形的曲线分割由于本文专利技术是将每一个水印信息位(watermark bit) 嵌入到图形图层中每一条曲线内，若图层中所包含的原始曲线数分布不均匀， 或者曲线长度过长等，均会导致水印信息在整个图层上分布不均匀，或水印信 息大于图形本身的信息，从而降低水印的鲁棒性。因此，在嵌入水印前则先对 整个图层的曲线进行长度和数目适中的曲线段分割。曲线分割是以深度优先顺序排列好图形树中的多边形边界(曲线)，并计算 各曲线的长度(以结点数目计)。在分割曲线时，不仅需限定曲线的最大长度为dmax，即大于dmax的曲线应分割为多条曲线；还需限定曲线的最小长度为dmia ， 小于dnin的曲线被弃为不嵌入水印点的线段。另外，d皿可根据用户信息(M)和用户证书中的密钥计算水印信息的长度n，以字节位数计，^ 二 (本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于曲线分割的矢量地图水印方法，其特征在于包括如下步骤：（１）利用水印嵌入界面实现水印生成、矢量地图嵌入水印和水印提取检测；（２）对待加水印的矢量地图进行曲线分割；（３）根据步骤（２）分割后的矢量地图的曲线总数目，把在步骤（１）中生成的水印信息循环多次的嵌入到曲线中；（４）对步骤（３）水印嵌入曲线的位置进行旋转；（５）利用步骤（１）中水印提取及检测单元对含有水印信息的地图提取水印信息，计算水印的相似度，并进行相似度检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿生，李岩，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]