基于空间特征的矢量地图可逆水印处理方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于空间特征的矢量地图可逆水印处理方法。依据道格拉斯－普克法对矢量地图元素进行特征点提取；依据种子密钥生成一个随机数序列ｂ↓［ｉ］，该序列是一个最大值不超过Ｓ↓［ｍａｘ］随机数序列，该序列将作为特征点夹角的偏移序列；对每条多边曲线提取的特征点进行非线性加密处理；对水印信息进行Ａｒｎｏｌｄ置乱操作，记经过Ａｒｎｏｌｄ置乱后的水印序列为ω↓［ｊ］，ω↓［ｊ］∈｛０，１｝；可逆水印嵌入；水印提取与原坐标数据恢复；提取水印后，并在载体特征点坐标无损恢复的基础上，对含线性加密的矢量地图进行非线性无损恢复。实验结果表明该水印方案严格可逆，具有较好的隐蔽性，是一种用于机密矢量地图的安全加密，来源跟踪的实用算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地理信息科学、信息安全、可逆水印，具体讲是一种基于空间特 性的矢量地图可逆水印处理方法。(二)
技术介绍
数字矢量地图是构成地理信息系统(GIS)的核心数据，它具有精度高、支持 高质量縮放等诸多优良性能。GIS技术的发展使得矢量地图在很多领域都拥有广 泛的应用前景，在国家经济、国防建设中占有十分重要的地位，其安全性涉及到 国家安全、科技协作和知识产权等。因此矢量地图与其他数字媒体一样，面临着 一系列数据安全问题，包括版权保护、来源跟踪、篡改鉴别。数字水印技术是随着数字化的进程而发展起来的保护数据安全的前沿技术， 它是在不影响原数据可用性的前提下，将秘密信息-水印与原数据结合并隐藏其 中，成为不可分离的一部分，由此来证实数据所有权。可逆水印技术又称为无损 数据隐藏，是指能够完整恢复原始载体数据的水印算法。由于矢量地图的应用环 境比较严格，通常希望避免对原始地图数据的任何改动，而可逆水印技术最终能 将嵌入水印的矢量地图完好无损地恢复，因此可逆方案是最好的解决方法。目前可逆水印技术的研究主要集中在栅格图像领域，主要方法包括利用可逆 模加、无损压縮、改变直方图、和差值扩大来实现算法的可逆性。按照具体的实现方式可以分为两类空域法和变换域法。基于空域的数据隐藏方法有1、Fridrich的方法，该方法先将原始图像分成互不交叠的由相邻象素构成的块，设 定一个判别函数对块的平滑度进行设定，定义一个可逆变换对象素的最低位进行 反转。2、 Celik的G-LSB方法，首先对图像中的各点数据进行量化，然后用图像 中各点的灰度值减去这个量化值，从而得到剩余量，对剩余量进行压縮，然后将 其与需要嵌入的信息合并成为一组新的数据流嵌入到图像各点数据量化值中。3、 NivanLeest的方法，该文献提出一种先对图像分块，然后引入一个压縮函数作用 于直方图，使得直方图峰值旁出现空位，若嵌入数据的值为O，则保持该点的灰 度值数据不变;若嵌入的数据的值为l，则将该点的灰度值变为空位。4、 zhicheng的方法，首先找出图像中直方图中出现的峰值点，然后找到图像中不存在的灰度 值，再通过增加或减少图像中所有灰度值不是直方图峰值的点，来使直方图中的 峰值旁出现空位，然后利用图像中是峰值的各点来嵌入数据。基于变化域的图像 无损数据隐藏方法有1、宣国荣的方法，提出一种基于整数小波变换域的方法， 先对图像进行直方图调整以避免因信息的嵌入而超过原始图像中的范围，然后在 频域系数上进行水印嵌入的可逆水印算法。2、 JunTian的方法，该方法结合压縮 技术，在对图像中的各点进行整数Haar小波变换的基础上进行无损数据隐藏。3、 Yang Bian的方法是利用整数DCT系数分布近似Laplacian分布的特点，结合比特 移位的方法实现图像可逆水印算法，在2004年SPIE信息安全分会上提出来。 矢量地图可逆水印算法研究则刚刚起步。2004年Michael Voigt提出一种基于离 散余弦变换的二维矢量数据可逆水印算法"Reversible Watermarking of 2D-Vector Data"(Proceedings of the 2004 multimedia and security workshop on Multimedia and security). 2007年邵承永，王孝通等人基于差值扩大的思想，提出 应用于矢量地图的无损数据隐藏算法"Reversible Data-Hiding Scheme for 2-D Vector Maps Based on Difference Expansion，，(IEEE Transactions on information forensics and security);"矢量地图的无损数据隐藏算法研究"(中国图象图形学 报)。这是目前见到的仅有的三篇关于矢量地图无损数据隐藏的文章。但是目前 矢量地图无损数据隐藏的研究，在矢量地图自身特点的考虑、水印算法的鲁棒性 以及水印嵌入后矢量地图的数据精度等方面还存在不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以无损恢复原始矢量数据，严格可逆，具有较 好的隐蔽性的。 本专利技术的目的是这样实现的包括如下步骤(1) 依据道格拉斯-普克法(简化参数门限Z)在0m lm之间)对矢量地图元 素(多边曲线、多边形)进行特征点提取；(2) 依据种子密钥生成一个随机数序列^，该序列是一个最大值不超过&^ 随机数序列，该序列将作为特征点夹角的偏移序列；(3) 对每条多边曲线提取的特征点进行非线性加密处理；(4) 对水印信息进行Amold置乱操作，记经过Arnold置乱后的水印序列为cy"#{0， 1};(5) 可逆水印嵌入；(6) 水印提取与原坐标数据恢复；(7) 提取水印后，并在载体特征点坐标无损恢复的基础上，对含线性加密 的矢量地图进行非线性无损恢复。本专利技术还可以包括1 、所述的对每条多边曲线提取的特征点进行非线性加密处理的方法为 首先进行参考位置线的选择在特征点夹角偏移处理过程中，选择一条不动线作为参考位置线，其余各特征点与起始点连线以起始点为中心进行角度偏移； 其次对原始特征点夹角进行遍历对矢量地图中每条多边曲线或者多边形，以参考位置线为基准，分别以向左右两侧，依次遍历线线之间夹角，得出一个以参考位置线为基准的夹角序列&最后对特征点夹角《进行非线性偏移来加密矢量地图数据，对应的偏移角即为随机序列4，线性偏移公式为-其中M表示该矢量地图元素(多边曲线和多边形)的所有特征点夹角的个数，《表 示由种子生成的随机序列，A和^分别表示原始特征点夹角和线性偏移后的特征 点夹角。2、所述的可逆水印嵌入的方法为以线性偏移处理过的矢量地图的特征点坐标的小数部分为载体数据进行水 印信息的嵌入；原始偏移特征点序列记为PV表示第f条多边曲线或者多边形的载体特征点集合，其中(x/jy)分别表示第i条多边曲线中第/个载体特征点的横纵坐标，w表示提取出的多边曲线或多边形的总数，w表示第/条多边曲线的载体特征点的总个数；对每条多边曲线或者多边形载体特征点分别提取横纵坐标序列的小数部分，(小数点右移，扩大相同倍数变为整数)，记为-纵坐标Zjy与横坐标Zx/的水印嵌入方法相同；横坐标Zx/的水印嵌入方法为其中zx/为中间变量，^;为zx/的均值，/ = 1，2,…，"对经过Arnold置乱后的水印序列約进行水印序列的嵌入，公式如下:丁其中Zx/'、 Zy/'分别表示水印嵌入后横纵坐标的小数部分整数值，对矢量地图中 每条多边曲线反复执行该步骤，完成水印的嵌入，并进行小数点左移，縮小相同 倍数，获得含水印的特征点坐标。3、水印提取与原坐标数据恢复的方法为-对每条多边曲线或者多边形特征点提取，偏移特征点序列提取后，对含水印 的特征点坐标序列的小数部分Z^/'记为Z^/ " ='，, Z力")|/ = 1， 2， ，..,,'=0，1，.."附一1水印信息^提取及无损恢复方法为A = LS5(Z^ "， Z>y ") / = 1,2""，"原始坐标小数部分数据值横坐标Zx/的无损恢复为<formula>formula see original doc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间特征的矢量地图可逆水印处理方法，其特征是包括如下步骤：　（１）依据道格拉斯－普克法对矢量地图元素进行特征点提取；　（２）依据种子密钥生成一个随机数序列ｂ↓［ｉ］，该序列是一个最大值不超过Ｓ↓［ｍａｘ］随机数序列，该序 列将作为特征点夹角的偏移序列；　（３）对每条多边曲线提取的特征点进行非线性加密处理；　（４）对水印信息进行Ａｒｎｏｌｄ置乱操作，记经过Ａｒｎｏｌｄ置乱后的水印序列为ω↓［ｊ］，ω↓［ｊ］∈｛０，１｝；　（５）可逆水印嵌入； 　（６）水印提取与原坐标数据恢复；　（７）提取水印后，并在载体特征点坐标无损恢复的基础上，对含线性加密的矢量地图进行非线性无损恢复。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：门朝光，曹刘娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]