[发明专利]一种对相似变换鲁棒的三维模型可逆水印装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对相似变换鲁棒的三维模型可逆水印装置及方法，具体涉及数字水印技术，属于三维网格模型图形处理领域。 

背景技术

数字水印是一种解决二维图像、音频、视频和三维模型版权保护和验证的行之有效的手段。然而随着水印的嵌入，这些数字产品的内容不可避免的会发生永久性的改变，即使引起的变化对人类视觉系统来说是不可感知的。但是，对于具有高精度要求的应用(比如医疗诊断、法庭证据和艺术品保存等)来说，任何改变都是不可接受的，因此在水印提取出来之后，这些数字产品必须恢复到原始状态。相应的，解决此类问题的能够完全无损的将嵌入水印后的数字媒体恢复到原始状态的可逆水印技术便应运而生。 

最近几年的可逆水印技术的研究大多通过无损压缩，差值扩展和直方图变换等技术集中在二维图像、音频和视频上。然而由于三维模型的拓扑结构的复杂性和不规则性，直到目前能够正确、简洁和高效的将嵌入水印后的模型转换回原始模型的三维可逆数字水印方法还非常少。德国研究人员Dittmann和Benedens[1]基于公钥数字签名机制，提出了第一个针对三维模型的可逆水印方法，该方法引入了无损恢复的概念，通过将额外的面和顶点添加到原始模型中实现水印嵌入，在提取时，通过密钥将嵌入过程中添加的面和顶点去掉实现无损恢复。但该方法的不可见性较差，而且还在原始模型的数据量基础上增加了额外的负担。哈尔滨工业大学研究生分院的Lu和Li[2]通过使用PVQ技术，提出了一个不完全的可逆水印方法，虽然恢复出来的压缩数据与原始模型的压缩数据相同，但由于PVQ技术本身是有损压缩，所以恢复出来的模型跟原始 模型略有差别。法国的Wu和Dugelay[3]通过改进的差值扩展技术，提出了具有大容量但是低不可见性的三维可逆数字水印方法。由于其不可见性较差，该方法在对不可见性要求较高的应用中并不适用。 

相关的技术文献有以下三篇： 

[1]Dittmann，J.，Benedens，O.：Invertible authentication for 3D meshes.In：Proceedings of SPIE，Security and Watermarking of Multi-media Contents V，5020，653-664(2003)； 

[2]Lu，Z.M.，Li，Z.：High capacity reversible data hiding for 3D meshes in the PVQ domain.In：Proceedings of the 6th International Workshop on Digital Watermarking，593-596(2007)； 

[3]Wu，H.T.，Dugelay，J.L.：Reversible watermarking of 3D mesh models by prediction-error expansion.In：10th IEEE Workshop on Multimedia Signal Processing，797-802(2008)。 

发明内容

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种对相似变换鲁棒的三维模型可逆水印方法，该方法包括水印嵌入和水印提取两部分，其中： 

水印嵌入部分包括计算原始模型中相似变换不变量的比值，将所有比值映射到整数区间；利用直方图变换，将给定的水印信息嵌入到原始模型中； 

水印提取部分包括计算嵌入水印后的模型中相似变换不变量的比值，将所有比值映射到整数区间；利用直方图反变换，提取出水印信息提取，并将原始模型恢复出来。 

所述水印嵌入的步骤如下： 

Step1：对输入三维模型的每个顶点，计算与它相关联的相似变换不变量的比值； 

Step2：将得到的所有比值映射到整数区间； 

Step3：将整数区间内的整数生成直方图H； 

Step4：利用直方图变换，将给定的水印信息嵌入到原始三维模型中。 

所述step4的直方图变换步骤如下： 

a.从直方图H中找到最大值h_max和最小值h_min，同时得到h_max，h_min分别对应的整数x和y；