[发明专利]基于局部Tchebichef矩的鲁棒图像水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体地说是一种数字图像水印嵌入和盲检测方法，该方法能有效抵抗几何攻击和常规图像处理，可用于互联网上数字图像作品的版权保护、所有权验证、拷贝控制领域。

背景技术

多媒体数据如图像、视频、音频等的数字化为多媒体信息的存取提供了极大便利，同时也极大地提高了信息表达的效率和准确性。随着互联网的日益普及，多媒体信息的交流更是达到了前所未有的深度和广度，其发布形式也越来越丰富。人们通过互联网可以轻易地进行数字媒体的拷贝、下载和发布。这一方面给人们的生活和工作提供了便利条件，提高了工作效率，另一方面也为数字媒体的盗版提供了方便。一些不法分子在没有获得数字媒体版权所有者授权的情况下，随意拷贝和传播有版权保护的数字媒体出版物，从中谋取利益。此外，政府文件、银行帐单和个人信用资料在互联网上被恶意篡改，使得电子政务、电子商务不能得到顺利推广和应用。因此，如何在互联网上保护数字媒体的版权问题和信息安全已经成为一个迫在眉睫的现实问题。数字水印作为一项很有潜力的解决手段，最近几年成为了商业界和学术界共同关注的热点。数字水印技术一方面弥补了密码技术的缺陷，因为它可以为解密后的数据提供进一步的保护；另一方面，数字水印技术也弥补了数字签名技术的缺陷，因为它可以在原始数据中一次性嵌入大量的秘密信息。

数字水印技术的基本思想是在多媒体数据中嵌入秘密信息，以便保护数字产品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。鲁棒的图像水印技术必须具备抵抗多种水印攻击的能力。相对于常规图像处理如噪声、滤波、压缩等，几何攻击如平移、旋转、缩放等更加难以抵御。几何攻击并不破坏图像水印本身，而是破坏了待检测水印图像与嵌入水印信息之间的同步关系，致使水印检测器无法检测水印信息。

抗几何攻击的图像水印方法可以分为非盲检测水印方法和盲检测水印方法。非盲检测水印方法需要借助原始图像或者未受攻击的水印图像，应用受到较大限制。盲检测水印方法大致分为基于几何不变域、基于辅助信息和基于图像特征的水印方法。其中，前两种方法只对全局变换——旋转、缩放和平移有效，无法抵抗局部弯曲、剪切和组合攻击等较为复杂的几何攻击。相比之下，基于图像特征的水印方法属于第二代数字水印技术，其基本思想是利用图像中相对稳定的特征点标识出水印嵌入位置，并在与每个特征点对应的局部区域中独立地嵌入水印，检测时仍然利用特征点来定位和检测水印，从而达到抵抗几何攻击的目的。

通过构造具有几何不变性的图像特征，继而标识出水印嵌入和检测的准确位置，可以抵消几何攻击造成的水印同步误差。图像特征可以是全局的，也可以是局部的。在基于全局特征的抗几何攻击水印方法中，普遍的方法是利用矩对图像进行归一化处理，水印嵌入在归一化后的图像中。例如文献M.Alghoniemy and A.H.Tewfik.Geometric invariance inimage watermarking.IEEE Trans.Image Process.，2004，13(2)，145-153.利用几何矩对图像进行归一化，在归一化后的图像中进行水印嵌入和检测可以抵抗缩放、旋转等攻击。然而，这类方法的最大不足在于不能抵抗剪切攻击，这是因为矩的计算依赖于整幅图像的所有像素值，图像部分内容丢失必然会导致矩值的计算出现很大误差。

在基于局部特征的抗几何攻击图像水印方法中，通过空间特征点的定位，在与特征点唯一对应的子图像区域中嵌入和提取水印是常见的方法。由于图像中选取的特征点具有足够的稳定性且分布比较均匀，因而这类方法可以有效抵抗剪切攻击。例如文献J.S.Jeo and C.D.Yoo.Localized image watermarking based on feature points of scale-space representation.Pattern Recognit.，2004，37(7)：1365-1375.采用Harris-Laplace检测算子提取特征点，以特征点为中心构造圆形特征区域，并将二维圆形水印直接嵌入到特征区域中。基于局部特征区域的水印方法在抗几何攻击方面取得了较好的效果，但存在以下问题：(1)几何攻击造成图像特征点的提取出现偏移；(2)几何攻击过程产生的插值误差会改变图像的像素值。这些问题将影响水印检测器的性能，致使水印的检测率较低。

发明内容