[发明专利]抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法

摘要

本发明涉及抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，可有效解决在原始投影信息未知的情况下，能够完整检测出水印版权标识，提高水印检测的执行效率和准确率的问题，输入含有版权标识的二值图像作为水印，加密处理，然后转化为一维水印编码序列；输入待嵌入水印的矢量地图数据，按照文件存储顺序，依次提取线状要素；对水印进行扩频处理；对线状要素进行折线正变换，将定位点用长度变量和角度变量表示；对线状要素定位点的角度变量嵌入水印；对线状要素进行折线逆变换，将线状要素定位点还原到平面坐标表示形式；对含有水印信息的矢量地图数据进行水印检测，本发明方法简单，易操作，提高水印检测效率，确保矢量地图的安全应用。

主权项

一种抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于，包括矢量地图数据水印的嵌入和矢量地图数据水印的检测，步骤如下：(1)输入含有版权标识的二值图像作为水印，进行加密处理，将加密后的图像转化为一维水印编码序列；(2)输入待嵌入水印的矢量地图数据，按照文件存储顺序，依次提取线状要素；(3)对水印进行扩频处理；(4)对每条线状要素进行折线正变换，将定位点用长度变量和角度变量表示；(5)采用条带调制方案对线状要素定位点的角度变量嵌入水印；(6)对线状要素进行折线逆变换，将线状要素定位点还原到平面坐标表示形式；(7)重复步骤(4)～(6)完成对所有线状要素的水印嵌入；(8)利用水印检测方法，对含有水印信息的矢量地图数据进行水印检测；所述的步骤(4)中的折线正变换，方法是：①提取第i个线状要素L_i上的第j个定位点P_ij(x_ij,y_ij)，x_ij和y_ij分别是第j个定位点的横坐标和纵坐标；②计算P_ij点对应的长度变量len_ij，计算公式为：${\mathrm{len}}_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{{(x_{ij}-x_{i(j-1)})}^2+{(y_{ij}-y_{i(j-1)})}^2},& j\>1\\ \sqrt{x_{ij}^2+y_{ij}^2},& j=1\end{array}\right.$其中x_i(j‑1)和y_i(j‑1)分别是L_i上第j‑1个定位点的横坐标和纵坐标；③计算P_ij点对应的角度变量；首先计算P_ij的方向角度变量，P_ij的方向角度变量是指从x轴正方向顺时针旋转至方向所转过的角度σ_ij，计算公式为：${\mathrm{\σ}}_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1-g(x_{ij}-x_{i(j-1)})}{2}\mathrm{\π}-\arctan \left(\frac{y_{ij}-y_{i(j-1)}}{x_{ij}-x_{i(j-1)}}\right))\mathrm{mod}\left(2\mathrm{\π}\right),& x_{ij}-x_{i(j-1)}\≠0\\ \left(\frac{-g(y_{ij}-y_{i(j-1)})}{2}\mathrm{\π}\right)\mathrm{mod}\left(2\mathrm{\π}\right),& x_{ij}-x_{i(j-1)}=0\end{array}\right.$其中mod是取模运算符，是指从定位点P_i(j‑1)指向定位点P_ij的方向向量，x_ij和y_ij是定位点P_ij的横坐标和纵坐标，x_i(j‑1)和y_i(j‑1)是定位点P_i(j‑1)的横坐标和纵坐标，函数g(β)是取符号函数，函数具体形式为：$g\left(\mathrm{\β}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{\β}\>=0\\ -1& \mathrm{\β}\<0\end{array}\right.$然后计算P_ij点对应的角度变量θ_ij，计算公式为：${\mathrm{\θ}}_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}({\mathrm{\σ}}_{ij}-{\mathrm{\σ}}_{i(j-1)})\mathrm{mod}\left(2\mathrm{\π}\right),& j\>1\\ {\mathrm{\σ}}_{ij}\mathrm{mod}\left(2\mathrm{\π}\right),& j=1\end{array}\right.$其中mod是取模运算符，σ_ij和σ_i(j‑1)分别是定位点P_ij和P_i(j‑1)的方向角度变量；④按照上述计算构成折线变换后定位点P_ij新的描述方式(len_ij,θ_ij)；所述的步骤(5)中的条带调制方案嵌入水印方法为：水印嵌入从线状要素的第三个定位点开始执行，每个定位点依次嵌入一个水印位，将水印其纳入到定位点的角度变量中：当定位点P_ij嵌入水印值为1时，修改定位点P_ij的角度变量θ_ij，使修改后的角度变量θ_ij′满足θ_ij′modδ＝3δ/4；当嵌入水印值为0时，修改定位点P_ij角度变量θ_ij，使修改后的角度变量θ_ij′满足θ_ij′modδ＝δ/4，δ是水印嵌入强度；为减小角度的修改量，要控制水印嵌入导致的误差累积，且满足水印嵌入后对尾部数据分布的要求，按公式修改定位点P_ij的角度变量θ_ij尾部数据：${\mathrm{\θ}}_{ij}^{\′}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\θ}}_{ij}-{\mathrm{\θ}}_{ij}\mathrm{mod}\mathrm{\δ}+\frac{g({\mathrm{\θ}}_{ij}\mathrm{mod}\mathrm{\δ}-\mathrm{\δ}/4)-1}{2}\mathrm{\δ}\mathrm{+3}\mathrm{\δ}\mathrm{/4}& w\[k\]=1\\ {\mathrm{\θ}}_{ij}-{\mathrm{\θ}}_{ij}\mathrm{mod}\mathrm{\δ}+\frac{g({\mathrm{\θ}}_{ij}\mathrm{mod}\mathrm{\δ}-3\mathrm{\δ}/4)+1}{2}\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}\mathrm{/4}& w\[k\]=0\end{array}\right.$w[k]是扩频后水印序列第k个水印位；所述的步骤(6)中的折线逆变换，方法是：①提取第i个线状要素上的第j个定位点P_ij(len_ij,θ_ij′)，len_ij和θ_ij′分别是第j个定位点的长度变量和角度变量；②计算P_ij的方向角度σ′_ij，计算公式为：${\mathrm{\σ}}_{ij}^{\′}=\left\{\begin{array}{cc}({\mathrm{\θ}}_{ij}^{\′}+{\mathrm{\σ}}_{i(j-1)}^{\′})\mathrm{mod}\left(2\mathrm{\π}\right),& j\>1\\ {\mathrm{\θ}}_{ij}^{\′}\mathrm{mod}\left(2\mathrm{\π}\right),& j=1\end{array}\right.$其中mod是取模运算符，σ′_i(j‑1)是第i个线状要素上的第j‑1个定位点的方向角度；③计算P_ij点在平面直角坐标系下的坐标值(x′_ij,y′_ij)：$\left\{\begin{array}{c}{x}_{ij}^{\′}={\mathrm{len}}_{ij}\×cos(\frac{1+g({\mathrm{\σ}}_{ij}^{\′}-\mathrm{\π})}{2}-{\mathrm{\σ}}_{ij}^{\′})\\ y_{ij}^{\′}={\mathrm{len}}_{ij}\×sin(\frac{1+g({\mathrm{\σ}}_{ij}^{\′}-\mathrm{\π})}{2}-{\mathrm{\σ}}_{ij}^{\′})\end{array}\right..$