本发明专利技术公开了一种基于相移干涉术和奇异值分解的数字水印嵌入和检测方法，包括水印嵌入和水印检测两个过程，嵌入方法包括菲涅耳域的双随机相位编码和相移干涉术实现水印信息的加密，加密后水印图像嵌入宿主图像的奇异值变换域；提取方法包括：从待检含水印图像的奇异值矩阵中提取加密后的信息，经过菲涅尔域的双随机相位解码和相移干涉术进行解密得到灰度水印图像。本发明专利技术与以往数字水印方法相比，其不可见性和鲁棒性均有显著的提高；抵抗剪切攻击的能力大大提高；可以抵抗一系列图像处理方式，具有较强的鲁棒性；具有很好的安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于信息安全
技术介绍
随着信息科学和网络技术的飞速发展，数字多媒体信息交流达到前所未有的深度和广度。随之而来的信息安全和知识产权保护和认证问题也日益突出，对数字产品的版权保护迫在眉睫。数字水印技术是近年来出现的数字产品版权保护和数据安全维护的技术，是当前国际学术界的研究热点。目前，针对图像数字水印的嵌入方法研究可分为两类空间域水印算法和变换域·水印算法。其中空间域水印算法是直接在信号空间上叠加水印信息，这类算法的优点是算法简单、速度快、易实现、嵌入容量大，缺点是缺乏对普通图像处理操作的鲁棒性。变换域水印算法是先对图像进行某种可逆的数学变换，然后通过对变换域的系数进行修改，达到嵌入水印信息的目的。现有一般的基于离散余弦变换(DCT)、离散傅里叶变换(DFT)及离散小波变换(DWT)等变换的数字水印方案对于图像压缩、图像滤波以及噪声等攻击都具有较好的鲁棒性，但针对裁剪攻击和几何攻击的鲁棒性仍需进一步提高。近年来，光学全息图像本身凭借其不可撕毁的特性，在数字水印方案中得到了广泛关注，并有效解决了现有一般数字水印技术中不能很好抵抗裁剪攻击的问题。奇异值分解(SVD)是一种将矩阵对角化的数值算法。图像矩阵的奇异值表征了图像的内在特性，具有非常好的稳定性，即当图像被施加微小的扰动(如加噪、滤波、压缩、缩放等)时，其奇异值不会有较大的变化，而且奇异值具有转置、旋转、位移、镜像变换不变性等，这些特性使得它在数字水印方面应用广泛。
技术实现思路
本专利技术针对现有数字水印嵌入和检测技术的不足，提供一种基于相移干涉和奇异值分解的数字水印方法，该方法不仅具有较好的不可感知性和较高的安全性，而且可以抵抗一系列如有损压缩、剪切、噪声、滤波、几何操作等图像处理方式，具有较强的鲁棒性。本专利技术的，包括水印嵌入和水印检测两个过程( I)水印的嵌入过程A.将数字水印图像O所在的平面称为输入平面，紧贴输入平面的后面放置第一个随机相位板G1，将波长为λ的单色平面波垂直照射到输入平面上，计算数字水印图像O和第一个随机相位板G1的复振幅透过率的乘积，然后对该乘积进行距离参数为Cl1的离散菲涅尔衍射变换DFD，得到复振幅场U2,该复振幅场U2所在的平面称为变换平面；B.紧贴变换平面后面放置第二个随机相位板G2，复振幅场U2乘以第二个随机相位板62的复振幅透过率得到一乘积，对该乘积作一次距离为d2的离散菲涅尔衍射变换DFD，得到复振幅场U (即物波场)，该复振幅场U所在的平面称为记录平面，在该记录平面上，通过后续的标准三步相移干涉术来记录携带数字水印信息的复振幅场U ；C.采用标准三步相移干涉术，通过与引入的参考光干涉，得到三幅含有隐藏信息和相位板调制后的干涉图I2和I3 ;三次干涉时，参考光的相位分别为O, 31 /2和31 ；D.对彩色宿主图像H的R、G、B三个分量进行奇异值分解SVD，把三幅干涉图I:、I2和I3加密后嵌入彩色宿主图像H的R、G、B三个分量的奇异值矩阵中，得到含水印的图像H’，并传递给信息的接收方(可通过网络或其它方式)，同时参数Gydpd2和λ以及奇异值分解过程中生成的新的彩色图像K作为密钥也一同传递；(2)水印的检测过程a.通过奇异值分解从含水印的图像H’中提取I” I2和I3 ；b.由标准三步相移公式恢复出记录平面加密后的复振幅场U ;c.作距离为d2的逆菲涅尔衍射变换；d.得出的复振幅乘以第二个随机相位板G2的复振幅透过率，作另一个距离为Cl1的逆菲涅尔衍射变换；e.提取衍射复振幅场的实振幅部分，即可得到水印图像。本专利技术的优点在于(I)将相移数字全息与奇异值分解技术相结合，构造出一种新的变换域数字水印方法，与以往数字水印方法相比，其不可见性和鲁棒性均有显著的提高；(2)将相移数字全息技术引入数字水印方法中，使得其抵抗剪切攻击的能力大大提高；(3)将奇异值分解技术引入数字水印方法中，使得其可以抵抗一系列如有损压缩、剪切、噪声、滤波、几何操作等图像处理方式，具有较强的鲁棒性；(4)由于在水印加密过程中，将虚拟光路的几何结构参数和光学参数作为密钥，从而设计出了多重密钥，水印算法具有很好的安全性。附图说明图I是基于双随机相位编码和三步相移干涉术的信息加/解密原理示意图。图2是基于相移干涉术和奇异值分解的数字水印嵌入和提取的流程图。图3a是水印图像，图3b是原始图像，图3c是嵌入水印(嵌入的权重因子为O. I)后的图像。图4是在旋转攻击(逆时针旋转)下本专利技术方法的鲁棒性检验图表。图5是在三种噪声(椒盐噪声、高斯噪声、散斑噪声)攻击下本专利技术方法的鲁棒性检验曲线图。图6是在JPEG有损压缩下本专利技术方法的鲁棒性检验曲线图。图7是在裁剪攻击下本专利技术方法的鲁棒性检验图表。图8a是经中值滤波后的含水印图像，图8b是相应提取的水印图像，CC=O. 7754。图9a是经高斯滤波后的含水印图像，图9b是相应提取的水印图像，CC=O. 9336。图IOa是经均值滤波后的含水印图像，图IOb是相应提取的水印图像，CC=O. 5489。图Ila是经拉普拉斯滤波后的含水印图像，图Ilb是相应提取的水印图像，CC=O. 8702。图12a是经sobel锐化后的含水印图像，图12b是相应提取的水印图像，CC=O. 8371。图13是在对比度和亮度调整下本专利技术方法的鲁棒性检验图表。图14a是经直方图均衡化后的含水印图像，图14b是相应提取的水印图像CC=O. 8454。图中0为水印图像，I为输入平面，II为变换平面，III为记录平面，三个平面选取的坐标分别为(X1, yi)，(&，72)和(1，y)。Cl1为输入平面和变换平面之间的距离，d2为变换平面和记录平面之间的距离。Gp G2为两个随机相位板，其复振幅透过率可以分别表示为exp和exp，其中P1和P2是两个随机分布在之间的白噪声。PSNR为峰值信噪比，CC为相关系数。具体实施例方式图I是基于双随机相位编码和相移干涉术的水印加/解密原理示意图。图中O 为水印图像，I为输入平面，II为变换平面，III为记录平面，三个平面选取的坐标分别为Cx1, Y1), (x2, y2)和(X, y)。Cl1为输入平面和变换平面之间的距尚，d2为变换平面和记录平面之间的距离。GpG2为两个随机相位板，其复振幅透过率可以分别表示为exp和exp ，其中PjP P2是两个随机分布在之间的白噪声。假定虚拟光学系统中所涉及的衍射都满足菲涅尔近似条件。在水印嵌入过程中，可以将虚拟光波的波长λ，输入平面、变换平面和记录平面之间的距离屯、d2，随机相位板的复振幅透过率作为水印密钥，从而设计出多重密钥，提高数字水印的安全性。当一个波长为λ的单色平面波照射输入平面，在菲涅尔近似的条件下，变换平面的复振幅场U2可以表示为i/2(X2yy2) =JJ0(X,,J.·)expexp-x2f + (v, — >·,)2]}dxldyl (I)其中k=2Ji/A。为表述简便起见，把上式写成U2(X2, V2) = FrTdi {()(Xl F1) exp}(2)其中表示对Cl1的菲涅尔变换。因此，记录平面的复振幅场U也可以表示为U(x,y) 二 Fffd2 \u2(x2,)€χρ}O)通过使用分束本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于相移干涉术和奇异值分解的数字水印嵌入和检测方法，包括水印嵌入和水印检测两个过程，其特征在于是：（1）水印的嵌入过程：A．将数字水印图像O所在的平面称为输入平面，紧贴输入平面的后面放置第一个随机相位板G1，将波长为λ的单色平面波垂直照射到输入平面上，计算数字水印图像O和第一个随机相位板G1的复振幅透过率的乘积，然后对该乘积进行距离参数为d1的离散菲涅尔衍射变换DFD，得到复振幅场U2，该复振幅场U2所在的平面称为变换平面；B．紧贴变换平面后面放置第二个随机相位板G2，复振幅场U2乘以第二个随机相位板G2的复振幅透过率得到一乘积，对该乘积作一次距离为d2的离散菲涅尔衍射变换DFD，得到复振幅场U,该复振幅场U所在的平面称为记录平面，在该记录平面上，通过后续的标准三步相移干涉术来记录携带数字水印信息的复振幅场U；C．采用标准三步相移干涉术，通过与引入的参考光干涉，得到三幅含有隐藏信息和相位板调制后的干涉图I1、I2和I3；三次干涉时，参考光的相位分别为0，π/2和π；D．对彩色宿主图像H的R、G、B三个分量进行奇异值分解SVD，把三幅干涉图I1、I2和I3加密后嵌入彩色宿主图像H的R、G、B三个分量的奇异值矩阵中，得到含水印的图像H’，并传递给信息的接收方，同时参数G2、d1、d2和λ以及奇异值分解过程中生成的新的彩色图像K作为密钥也一同传递；（2）水印的检测过程：a.通过奇异值分解从含水印的图像H’中提取I1、I2和I3；b.由标准三步相移公式恢复出记录平面加密后的复振幅场U；c.作距离为d2的逆菲涅尔衍射变换；d.得出的复振幅乘以第二个随机相位板G2的复振幅透过率，作另一个距离为d1的逆菲涅尔衍射变换；e.提取衍射复振幅场的实振幅部分，即可得到水印图像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥锋，范德胜，王玉荣，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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