基于图像连通性的自适应同步水印方法技术

本发明专利技术提出一种基于图像连通性的自适应同步水印方法，原始灰度图像首先转化成二值图像，根据图像的连通性得到连通对象，并将这些连通对象的坐标映射到灰度图像中，选择较大的连通对象的重心作为水印嵌入的参考点，利用图像的连通性具有拓扑不变性，及图像的重心比较稳定，来保证水印的自适应同步。由于用于水印嵌入的参考点稳定性高，使得不仅在常见图像处理下，水印的鲁棒性较强，而且对全局和局部几何攻击均呈现了较强的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，是一种适用于数字图像产品的版权保护，提供侵权证明的鲁棒性图像水印方法。
技术介绍
目前，在数字水印研究领域中，鲁棒水印系统是人们研究最广泛的一种水印，这是与实际应用中版权保护的需要分不开的。目前，在鲁棒水印的研究中，从公开发表的有关文献来看，许多鲁棒性水印方法在抵抗高斯噪声、JPEG压缩及滤波等类噪声信号处理攻击时，显示了其优越的鲁棒性，但在抗诸如旋转、缩放、平移、剪切、局部扭曲等几何攻击方面却无能为力，其原因是水印隐藏时需要依靠额外的非同步信息。如果在几何攻击下，所设计的数字水印系统不能检测或提取出水印，则这个水印系统的使用范围将受到限制，并且不能称之为一个性能完善的水印系统。因此，研究既能抗类噪声攻击，又能抗几何攻击的性能良好的实用性水印系统既是目前实际应用中的需要，又是水印研究的重要发展方向和难点。随着数字水印技术的发展，人们期待找到一种算法既能抗类噪声攻击，又能抗几何攻击。在最近几年的数字水印研究工作中，也出现了不少能够抗几何攻击的鲁棒水印，如文献“Geometrically Invariant WatermarkingBased on Gravity Center，”(K.Ding，C.He，L.G Jiang，H.X.Wang，IEEE Trans.Fundamental，vol.E87-A，no.2 pp.513-515，Feb.2004.)提出了一种基于重心的抗几何攻击鲁棒水印，虽然含水印图像在任何旋转角度和缩放因子下仍显示了很强的鲁棒性，但用于水印嵌入的参考点是基于整个图像的重心，因此对局部几何扭曲和剪切等操作，该水印方案失效，而其它文献所提出的抗几何攻击的鲁棒水印，如文献“A feature-based robust digital image watermarking scheme，”(C.W.Tang and H.M.Hang，IEEE Trans.Signal Processing，vol.51，no.4，pp.950-959，April2003.)提出的基于特征点的水印方案，往往因为用于水印嵌入的参考点(特征点)不是很稳定，造成水印鲁棒性不是很理想。在数字水印的研究过程中，人们始终试图寻找一些比较全面的水印方案，既在抗几何攻击方面鲁棒性理想，又在抗类噪声攻击方面鲁棒性理想，由于现实中的攻击应是多种多样的，有的甚至超乎人的预料，因此寻找这样的方法有其现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种，用于水印嵌入的参考点稳定性高，使得不仅在常见图像处理下，水印的鲁棒性较强，而且对全局和局部几何攻击均呈现较强的鲁棒性。为实现这样的目的，本专利技术设计了一种新的空域鲁棒性图像水印方案，原始灰度图像首先转化成二值图像，根据图像的连通性得到连通对象，并将这些连通对象的坐标映射到灰度图像中，选择较大的连通对象的重心作为水印嵌入的参考点，利用图像的连通性具有拓扑不变性，及图像的重心比较稳定，来保证水印的自适应同步。本专利技术的方法主要包括水印嵌入和水印提取，具体步骤如下1、水印嵌入过程首先将原始灰度图像作解析变换，将经过解析变换后的图像转化成二值图像，然后根据4-连通或8-连通模式得到图像的连通对象，并将它们从大到小排序，为了获得稳定的连通对象的重心，选择最大的P个连通对象计算其重心，并作为水印嵌入的参考点。整个图像的中心与每个参考点的连线作为起始射线，此起始射线每旋转一个角度将形成一个扇形，这个扇形旋转180度形成原扇形的反扇形，同样版本的水印信息就嵌在每个扇形与其反扇形中。经过中心点，用M-1条线均等地把每个扇形分为M等份，为了达到水印同步的目的，从起始射线开始，均等地在每条线上嵌入N个水印比特，在每个水印嵌入点，用奇偶量化的方法隐藏每个水印比特。因为嵌入位置由连通对象的重心决定，起始射线随着整个图像同步地旋转、缩放和平移，所以图像经过这些几何攻击后，水印的嵌入点还能被正确检测出来，而且通过量化方法隐藏水印比特能够容忍一定程度的噪声污染和JPEG压缩。2、水印提取过程首先，对含水印图像进行解析变换，然后用跟水印嵌入过程同样的方法将灰度图像转化成二值图像，并根据与水印嵌入过程相同的连通模式得到连通对象，根据连通对象所包含的像素数目将它们从大到小排序，取最大的P个连通对象计算其重心，得到用于水印嵌入的参考点，跟水印嵌入过程一样，利用这些参考点形成嵌有水印信息的扇形，此扇形旋转180°形成其反扇形，在各个扇形及其反扇形中找到水印的嵌入点，根据灰度量化值在每个水印嵌入点提取水印比特。本专利技术基于图像连通性的拓扑性质，实现了水印的自适应同步，用于水印嵌入的参考点稳定性高，使得不仅在常见图像处理下，水印的鲁棒性较强，而且对全局和局部几何攻击均可呈现较强的鲁棒性，且水印的不可见性好。用于转化成二值图像的解析函数的参数、形成扇形的度数等参数可作为水印系统的密钥，从而使连通对象的重心，以及水印嵌入点是秘密的，因此保证了水印的安全性。附图说明图1为本专利技术实施例中的原始灰度图像及经过解析变换后转化的二值图像。图1中，a为原始‘Pepper’图、b为原始‘Lena’图、c为原始‘Baboon’图，e为‘Pepper’二值图，f为‘Lena’二值图，g为‘Baboon’二值图。图2为扇形及其反扇形分成M等份的示意图。图3为‘Pepper’图的水印嵌入点。图4为在旋转、缩放及常见图像处理下重心的稳定性示意图。图4中，a为图像旋转30°后重心的稳定性，b为图像放大2倍后重心的稳定性，c为图像被方差等于46的高斯白噪声(AWGN)污染后重心的稳定性，d为图像被JPEG压缩(质量因子QF＝50％)后重心的稳定性。图5为水印检测正确率比较图。图5中，a为几何攻击，b为常见图像处理。图6为在不同的几何攻击下，提取水印的相似系数。图6中，a为不同缩放因子下的平均相似系数，b为不同旋转角度下的平均相似系数图7为Δ对水印不可见性与鲁棒性的影响。图7中，a为不同Δ下“Pepper”、“Lena”、“Batoon”的峰值信噪比，b为图像旋转10°，放大2倍并在质量因子为90的JPEG压缩下，不同Δ时的平均相似系数图8为含水印图像受到不同的局部几何攻击。图8中，a为局部攻击击中含水印的连通对象，b为局部攻击没有击中含水印的连通对象。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。1、水印嵌入从理论上说，连通对象对图像的拓扑变换具有几何不变性，为了得到图像的连通对象，首先用阈值T1将灰度图像f(x，y)转化成二值图像fb(x，y) 这里阈值T1∈，T1的选择将影响图像连通对象的数目。如果直接从原始灰度图像中生成连通对象，则得到的连通对象可能包含非常大或非常小的对象，对于非常大的对象，则会造成在很大区域内只得到一个参考点的缺点，而对于非常小的对象，则得到的参考点不是很稳定。因此，在把原始灰度图像转化成二值图像前，先对图像的每一灰度值Li作如下解析变换Li′=aLi2+bLi+c,(i=1,2,...,L)]]>这里a，b，c∈R是控制灰度值变换的可调参数，这样，通过适当调节这些参数值来生成大小适度的连通对象。经过实验，发现在设a＝0.003，b＝0.00本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像连通性的自适应同步水印方法，其特征在于包括如下具体步骤：　　　　１）水印嵌入过程：首先将原始灰度图像作解析变换，将经过解析变换后的图像转化成二值图像，然后根据４－连通或８－连通模式得到图像的连通对象，并将它们从大到小排序，为了获得稳定的连通对象的重心，选择最大的Ｐ个连通对象计算其重心，并作为水印嵌入的参考点，整个图像的中心与每个参考点的连线作为起始射线，此起始射线每旋转一个角度将形成一个扇形，这个扇形旋转１８０度形成原扇形的反扇形，同样版本的水印信息就嵌在每个扇形与其反扇形中，经过中心点，用Ｍ－１条线均等地把每个扇形分为Ｍ等份，为了达到水印同步的目的，从起始射线开始，均等地在每条线上嵌入Ｎ个水印比特，在每个水印嵌入点，用奇偶量化的方法隐藏每个水印比特；　　　　２）水印提取过程：首先对含水印图像进行解析变换，然后用跟水印嵌入过程同样的方法将灰度图像转化成二值图像，并根据与水印嵌入过程相同的连通模式得到连通对象，根据连通对象所包含的像素数目将它们从大到小排序，取最大的Ｐ个连通对象计算其重心，得到用于水印嵌入的参考点，跟水印嵌入过程一样，利用这些参考点形成嵌有水印信息的扇形，此扇形旋转１８０°形成其反扇形，在各个扇形及其反扇形中找到水印的嵌入点，根据灰度量化值在每个水印嵌入点提取水印比特。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何晨，王宏霞，蒋铃鸽，丁科，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]