一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法技术

本发明专利技术公开一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法，包括：首先，将三维点云数据沿Z轴投影在二维平面上，并进行均匀格网划分；其次，对分块后每一个格网中的顶点坐标分别进行归一化处理；然后，运用映射方法建立归一化后的X和Y坐标与水印信息之间的对应关系；最后，运用QIM的方法，通过修改归一化后的Z坐标以嵌入水印信息。通过利用分块嵌入和映射方法提高了该方法的鲁棒性，并能实现水印的盲检测。实验表明，该方法对常见的平移、缩放、随机增点、简化和裁剪等攻击具有良好的鲁棒性，并且具有良好的不可见性，为三维点云数据的版权保护提供了一种新的解决方案。保护提供了一种新的解决方案。保护提供了一种新的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法


[0001]本专利技术属于地理空间数据安全领域，涉及一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法。

技术介绍

[0002]随着“数字城市”和“智慧城市”的兴起，三维数据因其能够直观和形象地展示空间地物，在无人驾驶、智慧交通、城市规划等领域被广泛应用。三维点云数据作为三维数据中重要的一种数据形式，被普遍用于地理三维建模和场景分析中。随着激光扫描和倾斜摄影等技术的不断发展，三维点云数据的采集和处理变得更加方便快捷，由此产生了大量的三维点云数据，这些数据普遍具有严格的商业性和保密性。但随着计算机技术、网络技术的快速发展以及点云数据格式和发布方式的公开，点云数据的共享变得越来越方便，这使得数据量较大的点云数据更加容易复制和传输，同时也导致三维点云数据的泄露、盗用和非法传播更加难以控制。点云数据的泄露不仅会严重损害数据版权拥有者的权益，甚至可能对国家安全和国防安全造成严重威胁。因此三维点云数据版权保护问题日益凸显，急需采用有效的技术手段对其版权进行保护。
[0003]数字水印是一种前沿的信息安全技术，该技术通过特定的算法，利用数据本身作为载体，将水印信息与数据融为一体，用于隐藏版权拥有者、数据使用者等信息，目前已被广泛应用在视频、音频以及二维地理数据的版权保护中。数字水印技术适用于事后的版权认定和使用追踪，一旦数据发生泄露或盗用，从数据中检测到的信息将会是责任认定的有力依据。一般需要保护的数字产品均可以根据使用环境和鲁棒性需求，结合自身特点，通过一定的方法和数据处理方式嵌入水印，利用数字水印技术保护数据安全。目前在三维点云数据版权保护方法研究中，通常有基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)的、基于顶点排序的、基于点到基准点的距离的、基于离散小波变换等方法。这些方法针对三维点云数据大规模的随机增点、简化和裁剪攻击鲁棒性差、算法复杂度高等。
[0004]格网划分是抵抗裁剪攻击常见的方法，通过格网划分，三维点云数据被划分成若干个独立的数据单元，将水印信息分块嵌入可以有效抵抗裁剪攻击。
[0005]数据归一化处理被广泛应用于数据处理中，使数据具有统一性和可比性。由于不同的空间数据单位不一致，为了能在不同类型的地理空间数据中嵌入水印信息，在水印信息嵌入前，需要对数据进行归一化处理，同时可以使数据具有平移，缩放不变性。
[0006]本专利技术综合利用格网划分与数据归一化处理的优势，提出了一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法，实现对三维点云数据在存储、传输和使用过程中的版权保护。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术针对现有的三维点云数据数字水印方法对随机增点、简化和裁剪等攻击鲁棒性不足的问题，提出一种运用格网划分的三维点云数据的数字水印方法。该方法首先将三维点云数据沿Z轴投影在二维平面上，并进行均匀格网划分；其次，对分块后
每一个格网中的顶点坐标分别进行归一化处理；然后，运用映射方法建立归一化后的X和Y坐标与水印信息之间的对应关系；最后，运用QIM的方法，通过修改归一化后的Z坐标以嵌入水印信息。利用分块嵌入和映射方法，算法的鲁棒性得到了增强，并能实现水印的盲检测。该方法对常见的平移、缩放、随机增点、简化和裁剪等攻击具有良好的鲁棒性，并且具有良好的不可见性，为三维点云数据的版权保护提供了一种新的解决方案。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]1、一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法，包括水印信息生成、水印嵌入和水印提取三部分：
[0010]水印信息生成步骤如下：
[0011]S1：读取原始二值水印图像，应用Arnold变换来置乱水印图像；
[0012]S2：将得到的水印图像二值化，得到二值序列；
[0013]水印嵌入步骤如下：
[0014]S3：读取原始三维点云数据，对其进行格网划分；
[0015]S4：对每一个格网中点云数据的X、Y和Z坐标分别进行归一化处理；
[0016]S5：将归一化后的X和Y坐标放大后计算索引值；
[0017]S6：将归一化后的Z坐标扩大得Z
′
，应用QIM方法嵌入水印信息；
[0018]S7：对Z
′
反归一化处理，得到含水印的Z坐标值
[0019]S7：根据以上步骤对每一个格网中的点云数据进行水印嵌入，得到含水印的三维点云数据；
[0020]水印提取步骤如下：
[0021]S8：将步骤S7得到的含水印三维点云数据，进行格网划分并归一化处理；
[0022]S9：将归一化后的X和Y坐标放大后计算索引值；
[0023]S10：采用QIM量化方法和投票原则提取水印信息；
[0024]S11：结束；
[0025]本专利技术方法先进、科学，保证水印信息的有效提取，鲁棒性好，能够为三维点云数据的安全使用和版权保护提供一种新的方案。通过实验表明，该方法对三维点云数据的几何变换、重排序、随机增点、简化和裁剪等攻击具有良好的鲁棒性，具有较好的使用价值。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的示意图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术提供的运用格网划分的三维点云数据数字水印方法的流程图；
[0028]图2为本专利技术提供的实验所用的数据及Arnold置乱后水印；
[0029]图3为本专利技术提供的测试实验可视化结果；
[0030]图4为本专利技术提供的水印攻击测试结果。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]为了详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现的目的及所达到的效果，以下结合具体实施方式详细说明。
[0033]1.水印信息生成
[0034]Step1读取原始二值水印图像，应用Arnold变换来置乱水印图像，得到置乱后的水印图像；
[0035]Step2然后对置乱后的水印图像二值化，得到二值水印序列W＝{w[j]},j∈[0,l
‑
1]；
[0036]2.水印嵌入
[0037]Step3数据预处理。读取原始三维点云数据，计算X和Y坐标的最大值和最小值，分别为X
max
、X
min
、Y
max
、Y
min
。构建三维点云数据在XY平面上的MBR。将数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运用格网划分的三维点云数据数字水印方法，包括水印信息生成、水印嵌入和水印提取三部分：水印信息生成步骤如下：S1：读取原始二值水印图像，应用Arnold变换来置乱水印图像；S2：将得到的水印图像二值化，得到二值序列；水印嵌入步骤如下：S3：读取原始三维点云数据，对其进行格网划分；S4：对每一个格网中点云数据的X、Y和Z坐标分别进行归一化处理；S5：将归一化后的X和Y坐标放大后计算索引值；S6：将归一化后的Z坐标扩大得Z
′
，应用QIM方法嵌入水印信息；S7：对Z
′
反归一化处理，得到含水印的Z坐标值；S7：根据以上步骤对每...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎明，张紫怡，闫浩文，王鹏斌，王帅，张启航，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：