本发明专利技术公开了一种基于映射机制的遥感影像数字水印嵌入和检测算法，属于地理信息版权保护的技术领域。本发明专利技术的方法基于对遥感影像几何攻击的分析，根据在影像经过裁剪后，影像的像元值没有发生改变，只是坐标位置发生了移动，通过扩展映射参数，建立遥感影像数据与水印信息之间的多对一的映射关系，确定水印的嵌入位置。该方法充分利用了遥感影像的像元值在几何攻击前后的特性，解决了水印信息不同步的问题，从而大大提高了算法的鲁棒性，解决了目前遥感影像算法无法抵抗裁剪和旋转等几何攻击的问题。
Remote sensing image digital watermarking method for copyright protection service
The invention discloses a remote sensing image digital watermark embedding and detecting algorithm based on mapping mechanism, belonging to the technical field of geographic information copyright protection. The method of the invention is based on the analysis of remote sensing image geometric attacks, according to the cut in the image, the image pixel value is not changed, only the coordinate position is shifted, by extending the mapping parameters, established between remote sensing data and the watermark information is many to one mapping, determine the position of watermark. The method makes full use of the remote sensing image pixel values in the characteristics of geometric attacks and the watermark information to solve the synchronization problem, which greatly improves the robustness of the algorithm, the algorithm of remote sensing image cannot resist geometric attacks such as cropping and rotation problems.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地理信息版权保护领域，具体涉及一种针对遥感影像数据的采用映射机制的数字水印嵌入与检测方法，以提高遥感影像数字水印算法抗几何攻击能力。
技术介绍
遥感影像是重要的基础测绘成果，也是国家与省级基础测绘保障服务的数据源之一，已经逐渐成为地理空间信息获取的主要数据源。随着国家空间数据基础设施建设的深入，地理信息系统(GIQ技术的成熟与广泛应用，遥感影像在国家重大工程建设、军事侦察、动态监测重要目标、灾害应急与处理、国土监察等方面具有重要的应用价值。近年来，随着数字化和网络化时代的飞速发展，数字遥感影像的存储、传输、复制都变得非常方便快捷。遥感数据的非法拷贝和复制，不仅会造成遥感图像的所有者蒙受巨大经济损失，更会危及国家安全、国防安全等。这使得数据拥有者不愿轻易公开或发布其产品，不愿共享，不敢共享，严重阻碍了地理信息产业的发展。因此，如何保护遥感数据的安全与知识产权已成为迫在眉睫的问题。数字水印技术作为一种崭新的信息安全技术，为遥感影像的安全保护提供了一种切实可行的解决途径。数字水印是指在数字化数据中嵌入水印信息，将水印信息与源数据融为一体，成为源数据不可分离的一部分。由此来确定版权拥有者、所有权认证、跟踪侵权行为、认证数字内容来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其他附加信息等。同时对于加强责任心、震慑非法行为、有据可查快查等具有重要作用。数字水印技术在军事安全保障、国家安全方面发挥的作用已经受到国家政府机关的高度重视。数字水印在图像、图形、视频、音频等领域的安全保护方面取得了许多的应用，近几年在测绘相关领域也得到了重要的应用。在遥感影像数字水印方面，已有一些研究。Barni(Near Lossless Digitalffatermarking for Copyright Protection of Remotely Sensed Images. Toronto, Canada :2002)提出了近无损的遥感影像水印方法，将水印嵌入到了变换域中，采用空间域修剪的方式将误差进行了有效控制。Kbaier (Novel Content Preservingffatermarking Scheme for Multipectral Images· 2006 :322-327)提出了一种适用于多光谱的基于DWT的数字水印算法，水印检测效果较好，对剪切与滤波等具有较好的鲁棒性。耿迅(基于HVS和整数小波变换的遥感图像水印算法.测绘通报.2007 (8) :20-22.)结合人眼视觉系统与整数小波变换，提出一种用于遥感图像版权保护的数字水印算法。陈辉(数字水印技术应用于遥感图像版权保护的评测标准研究. 物探化探计算技术.2008，30 (5) :436-441.)研究了将数字水印技术应用于遥感图像版权保护的评测标准，指出了普通图像仅仅是〃 Picture"，只是满足人类视觉的需要，而遥感图像除了本身作为"Picture"之外，还包含有"Data"。分辨率是遥感影像的一个很重要的特征，不同分辨率的影像其市场价格也完全不一样。分辨率越高，其价格越贵，从一幅具有较高分辨率的影像中裁剪下一部分后的影像仍然具有较高的价值，因此，遥感影像水印算法对裁剪攻击需要具有非常强的抵抗性。而现有的水印技术在抵抗裁剪攻击方面不理想，通常许多算法所做的裁剪实验也只是在像素坐标和图像大小没有发生改变的情况下进行的，此时的操作可以成为删除操作，实际上只是如附图2和3所示。可是真正的从遥感影像中进行裁剪攻击后，影像的大小和坐标位置都会发生改变，如附图2和4所示。而此时利用目前现有的一些算法是无法提取出水印信息的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前遥感影像水印技术无法解决水印信息定位、难以抵抗任意位置裁剪和更改影像大小的旋转等几何攻击、鲁棒性差等问题，提出一种基于映射机制的遥感影像数据的数字水印方法，使得水印算法在抵抗裁剪、旋转、平移、缩放、扭曲、 噪声、滤波等攻击方面具有好的鲁棒性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采取的技术方案为，包括以下过程(1)水印信息生成步骤一采用伪随机数发生器生成一个具有唯一标识的水印种子数WMked ；步骤二 采用线性同余随机序列发生器，将生成的水印种子丽ked作为密钥Key生成一个具有均勻分布的-1和1序列，其中，权利要求1.，其特征在于包括以下过程(1)水印信息生成步骤一采用伪随机数发生器生成一个具有唯一标识的水印种子数WMked ； 步骤二 采用线性同余随机序列发生器，将生成的水印种子WMked作为密钥Key生成一个具有均勻分布的-I和1序列，其中，户(-1)=户(1)=全，即为生成的无意义水印信息=G(Key) = {-1,1}；步骤三建立有意义水印信息W和水印种子WMked的参照表；(2)映射扩展机制步骤一建立根据影像数据I映射水印序列W的函数，f(I) =W 步骤二 确定定位至某一水印位的像元个数，即映射水印容差L，为了获得更好的鲁棒性，L彡3 ；步骤三针对单通道的遥感影像建立扩展变量将影像数据I像元取值范围由 扩展为 <0，255]；步骤四扩展变量取为邻域窗口均值变量c，窗口均值参数c定义如下1 i=m+k' j=n+vc(m,n) = — Yj YjIihj)Λ X / i=m-k' j=n-l'其中，(m，n)表示影像的行列号，k和1表示窗口大小，k' = ,l' =，“ □” 表示取整，c的取值范围为W，255]；步骤六将影像数据I像元值和扩展变量c与水印序列W进行定位，建立定位函数f (I， c) = W ；(3)水印嵌入过程步骤一数据的读取和处理，读取待嵌入水印信息的遥感影像数据，获取数据的大小， 判断数据是否需要进行分块处理；步骤二 影像数据与水印信息的同步动态定位函数的建立；获取中心像元值及其领域窗口均值，并作为同步动态定位函数的输入参数与水印信息； 步骤三基于量化的水印嵌入规则嵌入水印； 步骤四保存嵌入水印信息后的影像数据；(4)水印检测过程，为所述C3)水印嵌入过程的逆过程步骤一数据的读取和处理，读取含水印信息的遥感影像数据，获取数据的大小，判断数据是否需要进行分块处理；步骤二 影像数据与水印信息的同步动态定位函数的建立；获取中心像元值及其邻域窗口均值，并作为同步动态定位函数的输入参数与水印信息； 步骤三基于量化的水印检测规则检测水印； 步骤四计算提取的水印信息与原始水印信息的相关系数； 步骤五水印检测结果输出。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述过程O)映射扩展机制步骤四中的窗口大小为k = 1 = 5。全文摘要本专利技术公开了一种基于映射机制的遥感影像数字水印嵌入和检测算法，属于地理信息版权保护的
本专利技术的方法基于对遥感影像几何攻击的分析，根据在影像经过裁剪后，影像的像元值没有发生改变，只是坐标位置发生了移动，通过扩展映射参数，建立遥感影像数据与水印信息之间的多对一的映射关系，确定水印的嵌入位置。该方法充分利用了遥感影像的像元值在几何攻击前后的特性，解决了水印信息不同步的问题，从而大大提高了算法的鲁棒性，解决了目前遥感影像算法无法抵抗裁剪和旋转等几何攻击的问题。文档编号G06T1/00GK102156952SQ201110054529公开日20本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种面向版权保护服务的遥感影像数字水印方法，其特征在于包括以下过程：（１）水印信息生成步骤一：采用伪随机数发生器生成一个具有唯一标识的水印种子数ＷＭＳｅｅｄ；步骤二：采用线性同余随机序列发生器，将生成的水印种子ＷＭＳｅｅｄ作为密钥Ｋｅｙ生成一个具有均匀分布的－１和１序列，其中，即为生成的无意义水印信息：Ｗ＝Ｇ（Ｋｅｙ）＝｛－１，１｝；步骤三：建立有意义水印信息Ｗ和水印种子ＷＭＳｅｅｄ的参照表；（２）映射扩展机制步骤一：建立根据影像数据Ｉ映射水印序列Ｗ的函数，ｆ（Ｉ）＝Ｗ步骤二：确定定位至某一水印位的像元个数，即映射水印容差Ｌ，为了获得更好的鲁棒性，Ｌ≥３；步骤三：针对单通道的遥感影像建立扩展变量将影像数据Ｉ像元取值范围由［０，２５５］扩展为［０，２５５］＊［０，２５５］；步骤四：扩展变量取为邻域窗口均值变量ｃ，窗口均值参数ｃ定义如下：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｃ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｔｉｍｅｓ；（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｌ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆Ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆Ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｌ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｌ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，（ｍ，ｎ）表示影像的行列号，ｋ和ｌ表示窗口大小，ｋ′＝［ｋ／２］，ｌ′＝［ｌ／２］，“［］”表示取整，ｃ的取值范围为［０，２５５］；步骤六：将影像数据Ｉ像元值和扩展变量ｃ与水印序列Ｗ进行定位，建立定位函数ｆ（Ｉ，ｃ）＝Ｗ；（３）水印嵌入过程步骤一：数据的读取和处理，读取待嵌入水印信息的遥感影像数据，获取数据的大小，判断数据是否需要进行分块处理；步骤二：影像数据与水印信息的同步动态定位函数的建立；获取中心像元值及其领域窗口均值，并作为同步动态定位函数的输入参数与水印信息；步骤三：基于量化的水印嵌入规则嵌入水印；步骤四：保存嵌入水印信息后的影像数据；（４）水印检测过程，为所述（３）水印嵌入过程的逆过程：步骤一：数据的读取和处理，读取含水印信息的遥感影像数据，获取数据的大小，判断数据是否需要进行分块处理；步骤二：影像数据与水印信息的同步动态定位函数的建立；获取中心像元值及其邻域窗口均值，并作为同步动态定位函数的输入参数与水印信息；步骤三：基于量化的水印检测规则检测水印；步骤四：计算提取的水印信息与原始水印信息的相关系数；步骤五：水印检测结果输出。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任娜，朱长青，曲东方，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：84
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