本发明专利技术提供的是一种基于压缩感知理论的交互支持双水印生成与检测方法。包括水印的生成和水印的检测两部分；所述水印的生成的方法为：首先采用经典SVD算法向载体图像中嵌入鲁棒性水印，其次从含有鲁棒水印的图像Aw中提取半脆弱水印，并将其作为零水印保存起来；所述水印的检测的方法为：首先提取待测图像中的鲁棒性水印，其次从待测图像中提取半脆弱水印，并将其与注册零水印进行比较确定图像内容的真实性与完整性并恢复被篡改的部分。本发明专利技术区别于一般双水印系统中两种水印独立工作甚至相互影响的情况，本发明专利技术考虑使两种水印相互配合发挥功效，产生彼此增强的效果，即交互支持。这主要体现在安全性方面和功能性方面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种交互支持双水印算法。具体地说涉及的是一种压缩感知理论 以及零水印技术，并结合奇异值分解理论形成一种新型交互支持双水印算法。
技术介绍
数字水印作为一种有效解决图像版权问题的技术长期受到专家学者以及工程技 术人员的广泛关注。按照用途不同可以将数字水印分为三类鲁棒水印、脆弱水印和半脆弱 水印，分别用来实现版权保护、内容认证、篡改定位与恢复等目的。现有数字作品往往既需 要保护版权信息又需要保证内容的真实性及完整性，但是一般水印算法在功能上大多是单 一的，无法满足这一要求。双水印技术通过向宿主图像中嵌入两种不同用途的水印实现对于多重功能的需 求，鲁棒性水印和半脆弱水印的组合能够全面涵盖数字水印的主要功能，满足绝大多数应 用的需要。Liu和Tan基于奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)理论设计了 一种经典的鲁棒水印算法,详细内容于2002年发表在IEEE Transactions on Multimedia 期干丨J第 4期第 1 卷题名为"An SVD-based watermarking scheme for protecting rightful ownership”的文章中，该算法在满足水印透明性的同时具有非常出色的抗干扰性能，如果 令其与有效的半脆弱水印算法配合将可以达到同时实现版权保护、内容认证、篡改定位与 恢复的目的。但是Zhang和Li在2005年刊发的IEEE Transactions on Multimedia第7期 第 3 卷文章"Comments oniAnSVD-Based Watermarking Scheme for Protecting Rightful Ownership’”中指出该算法可以通过密钥从非版权图像中生成伪造水印，其后虽然经过诸 多改进但这一严重的安全隐患依然没能被完美解决。而且两个相互独立工作的水印往往会 导致双水印算法具有如下缺陷(1)同时嵌入两种水印对图像视觉效果影响大；( 两种水 印在嵌入和提取过程中相互干扰，导致各自性能下降。常规数字水印方法在嵌入水印信息的过程中都会对载体图像进行修改，如果双水 印算法中两种水印的嵌入都使用类似的常规方法，那么载体图像的视觉效果将会受到严重 的影响。电子学报2003年第31卷第2期文章“零水印的概念与应用”中提出的零水印方 法是一种不需要修改原图像的水印算法，通过从载体图像中提取某种重要特征的方式生成 水印，并将其注册到知识产权(Intellectual Property Right, IPR)数据库中实现对图像 的保护。在双水印算法中，如果通过零水印技术生成其中一种水印就可以将其与常规方法 嵌入的另一种水印有效地分隔开，这样既减少了水印对原始图像视觉效果的影响又有利于 避免两种水印之间的相互干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种安全性高，并能实现对待测图像所经历操作的强度进 行分类、为估测待测图像所受攻击的类型提供依据的基于压缩感知理论的交互支持双水印 生成与检测方法。本专利技术的目的是这样实现的(1)水印的生成(1. 1)首先采用经典SVD算法向载体图像中嵌入鲁棒性水印，达到保护版权的目 的。具体步骤如下(1. 1. 1)对原始图像AP Rnan(其中R表示实数域，为方便起见以后均只对方阵进 行讨论)进行SVD分解J USVT ,其中U P Rnan和V P Rnan均为正交(或酉)矩阵，上标 T表示矩阵转置，S P Rnan为对角阵，对角线元素…μσ2 μ· μσΓ 0为矩阵的奇异值；(1. 1. 2)选择嵌入鲁棒性水印W，其尺寸不限但不应超过原始图像；(1. 1. 3)将W嵌入到原始图像分解后的对角阵中再进行SVD分解 SjafF ^^^//。其中α为嵌入因子，可以通过改变α的大小来控制嵌入水印的强度并 以此调节水印的嵌入对图像视觉效果的影响；(1. 1.4)将矩阵UW、VW、S以及嵌入因子α作为密钥保存起来；(1. 1. 5)使用原始图像分解得到的U、V以及嵌入水印后得到的Sw来构造含有鲁棒 水印的图像Aw，< USJt ；(1. 2)其次从含有鲁棒水印的图像Aw中提取半脆弱水印，并将其作为零水印保存 起来。具体步骤如下(1. 2. 1)含有鲁棒水印的图像Aw被分成大小为Βλ B的小块；(1. 2. 2)若要构造数据量为M的水印，可以通过压缩感知对每个图像子块各取个测量值；(1.2.3)将鲁棒水印的密钥Uw和Vw合并为一个大小为Νλ2Ν的母观测矩阵 Q mJJJ，按照某种规则从Q中依次抽取m行，B2列子矩阵作为每个图像块的观测矩阵 Φι；(1. 2. 4)如果用&表示第i图像块元素列序排列向量，用K (/(§1,2,·,幻表示第i 个图像块的测量值K 。n兄2 ·(1. 2. 5)将所有图像子块的测量值组合到一起生成最终的水印D 电 ^2 · Ys^(1. 2. 6)生成CS测量矩阵的种子和分块尺寸可以作为水印密钥保存。将水印Ywm 和密钥加入II3R数据库注册后，图像版权即处在水印技术的保护之下了 ；(2)水印的检测(2. 1)首先提取待测图像中的鲁棒性水印，具体步骤如下(2. 1. 1)假设Aw在传播过程中经过一系列恶意及非恶意攻击后成为待检测图像A-,对其进行SVD分解WWW(2. 1. 2)使用鲁棒水印密钥Uw和Vw计算含水印对角阵，D f^^U ；(2. 1. 3)使用鲁棒密钥S和α提取鲁棒水印炉-(§(/) ( S) I α ；(2. 2)其次从待测图像中提取半脆弱水印，并将其与注册零水印进行比较确定 图像内容的真实性与完整性并恢复被篡改的部分。具体步骤如下(2. 2. 1)首先取得半脆弱水印的密钥信息，确定分块策略并生成分块压缩感知的测量矩阵；(2.2.2)如果将待测图像中检测出的水印表示为 电-Tf · &丨，其中 斤(/(§1,2,·,幻表示待测图像中第i个图像子块的测量值斤 (方冗·(2. 2. 3)采用欧氏距离的平方衡量&与Ywm的偏差A ； JviT「yik 。设定一个阈wm值Th，当A r/7时认为待测图像中第i块被恶意篡改，反之认为第i块内容真实；(2. 2. 4)阈值Th由两部分组成7 J β It2，其中、表征合法操作强度，t2表征非 法篡改可以引起的最小扰动，β表示一个与、有关的强度系数。采用相似度量中的最小值 作为、，选择一个常数C2作为t2。选择β时遵循这样的原则当、为0时)8 (§1，β随、增加而增加，则有6 min(Z)), t2 C2, ρ 10§( ^Ι)」1,其中为经验常数；DiC1C1 (SC2 人川(2. 2. 5)在恢复被篡改的图像块时，从注册水印中选择该图像块对应那部分测 量值，采用适当的最优化方法重建该图像块即可。为了实现精确恢复的目的，通过全变 差(TotalVariation，TV)最小化方法对像素梯度进行最优化。令| IliI Itv表示第i个图像块的全变差，若其中每一个像素为IiU1, t2)，则Id ◎； ^DlIAtl,t2f ^D2IXtl,t2f，其中D为有限差分「Aft「1人)，D2I1 I XtlJ2) [本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于压缩感知理论的交互支持双水印生成与检测方法，包括水印的生成和水印的检测两部分；其特征是：所述水印的生成的方法为：首先采用经典ＳＶＤ算法向载体图像中嵌入鲁棒性水印，其次从含有鲁棒水印的图像Ａ↓［ｗ］中提取半脆弱水印，并将其作为零水印保存起来；所述水印的检测的方法为：首先提取待测图像中的鲁棒性水印，其次从待测图像Ａ′↓［ｗ］中提取半脆弱水印，并将其与注册零水印进行比较确定图像内容的真实性与完整性并恢复被篡改的部分。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵春晖，刘巍，万建，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93
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