[发明专利]基于对抗攻击的数字图像水印方法

说明书

本发明公开了一种基于对抗攻击的图像水印方法。其具体步骤包括：(1)搭建神经网络；(2)生成训练集；(3)训练神经网络；(4)对载体图像进行分块；(5)对水印序列进行划分和转换；(6)利用对抗攻击生成对抗图像块得到含水印图像；(7)对含水印图像进行分块；(8)利用神经网络得到水印序列片段；(9)对水印序列片段进行拼合得到水印序列。该方法的优势是在满足水印算法不可感知性、安全性等指标的前提下，能使嵌入容量等性能随着网络模型分类能力的提升而增强，同时算法对滤波攻击、剪裁、压缩等攻击具有良好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及信息隐藏技术领域中的一种基于对抗攻击的数字图像水印方法。本发明可用于数字图像传播过程中的信息隐藏，可使水印信息以人类视觉不可察觉的方式嵌入到图像中，在出现版权纠纷等场景下，可通过提取过程提取水印信息，实现版权保护和身份认证。

背景技术

水印技术作为解决版权纠纷等安全问题的一个重要技术。近年来随着数字多媒体，特别是数字图像的普及，各种针对数字图像的攻击手段给图像水印技术带来了新的挑战，提出了更高的要求。图像水印技术依据人类视觉系统的特性，通过在载体图像以特殊方式嵌入额外信息，在不为人类视觉系统察觉的前提下，知识产权的所有者或者权威第三方机构能通过提取算法提取出嵌入的信息，或通过检测算法确定数字水印是否存在，避免或阻止对多媒体信息未经授权的复制和拷贝，从而满足人们对于信息安全的需求。而在现实场景下，复杂多样的攻击手段，如压缩攻击、剪裁攻击等会对含水印图像产生巨大的影响，导致信息提取不完整或者不正确。另外，高嵌入容量水印的需求也日益增多，目前的水印技术难以兼顾高嵌入容量性能和强抗攻击性。

北京工业大学在其申请的专利文献“一种高容量二值图像信息隐藏方法”(申请号：201810423420.9，申请公布号：108629728A)中公开了一种高容量二值图像信息隐藏方法。该方法在秘密信息嵌入部分使用Logistic一维混沌系统生成非周期、不收敛且不相关的混沌序列，将待嵌入信息进行置乱预处理后，通过计算像素块翻转前后图像区域连通性值确定符合人眼视觉特性的可翻转像素块，利用翻转非关键像素调节非关键像素的加权总值，实现信息嵌入。该发明在保证高不可见性的基础上，具有较高的嵌入容量。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于该方法是在空域嵌入水印，其生成的含水印图像的水印可能被人类视觉系统察觉的问题。此外，该方法所采用的空域算法为了提高嵌入容量，牺牲了其抗攻击性能，导致含水印图像经过压缩、剪裁等攻击后提取准确性不佳。

郑州轻工业大学在其申请的专利文献“采用预设PSNR的DWT-SVD域自适应鲁棒水印算法”(申请号：202010948552.0，申请公布号：112132731A)中公开了一种采用预设PSNR的DWT-SVD域自适应鲁棒水印方法。该方法利用离散小波变换的抗攻击性与奇异值分解的稳定性，通过修改图像左奇异矩阵第一列元素之间的大小关系嵌入水印，并修改右奇异矩阵实现质量补偿。该方法不需要使用固定嵌入参数，水印的嵌入强度依赖于嵌入参数，具体较好的抗攻击性能。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于原始载体数字图像本身大小以及嵌入位置的限制，该方法在提高抗攻击性的同时，无法满足高嵌入容量的需求。

Roy A等人在其发表的论文“An HVS inspired robust non-blind watermarkingscheme in YCbCr color space”(International Journal of Image and Graphics,2018,18(03):1850015.)中提出了一种以人类视觉系统为启发的YCbCr空间的图像自适应非盲目水印方案。该方法将一个修改过的水印强度参数与离散小波变换和奇异值分解(DWT-SVD)相结合，将信息嵌入到载体图像的二次变换域中，通过原始载体图像确定水印在变换域中位置和数值变化实现水印信息提取。该方法提高了图像水印对攻击的鲁棒性和视觉效果。但是，该方法无法满足高嵌入容量需求的问题以及嵌入容量受载体图像大小以及嵌入位置限制。

发明内容