[发明专利]一种抗攻击的鲁棒多倍零水印方法

说明书

技术领域

本发明设计一种抗攻击的鲁棒多倍零水印方案，用于解决图像的版权认证，特别是用来验证不允许有半点修改的一类图像(遥感图像和医疗图像)的版权归属问题，该技术属于信息安全领域。 

背景技术

目前，为了避免盗版行为，数字水印技术被广泛地应用在数字图像的版权认证。现有的大多数水印方案会在空域或频域修改图像内容，这些方法不能被直接应用来保护遥感图像和医疗图像的版权，因为这类图像的内容不允许有半点修改。近来，一种被称为零水印的无损水印技术被提出，这种零水印不会修改被保护图像的内容，因而非常适合用作对遥感图像和医疗图像版权的认证。 

零水印的概念最早由吉林大学温泉博士在全国第三届信息隐藏学术研讨会上发表的论文中提出，他把零水印定义为水印信息由图像的重要特征来构造，而不是修改图像的这些特征。并在文中提出了一种在DCT域中构造零水印的方法。温泉利用三阶及三阶以上高阶累积量进行零水印的构造，并将高阶累积量和DCT方法进行了比较，结果表明基于高阶累积量的零水印算法弥补了DCT域零水印算法的不足。基于高阶累积量的零水印不仅可以抵抗图像的噪声、直方图均衡等常规信号处理，而且能抵抗小角度旋转及压缩攻击，而DCT域零水印算法不具备抵抗旋转及压缩攻击的能力。但基于高阶累积量的零水印算法非常复杂，计算量过大，因此不宜推广到实用。 

2007年，法国国立信息与自动化研究院的TEMICS项目着重研究了零水印构造的统一框架问题。他们把零水印看作是嵌入进载体图像内容的没有携带任何隐藏信息的水印，在检测端，检测器对收到的图像内容进行特殊的弱信号识别，以发现零水印的存在，并认为水印信号对应于载体图像内容的某个函数。在此基础上，他们提出了一个基本的偏微分方程去表示最佳水印嵌入和提取函数，进而引出零水印构造统一框架。但遗憾的是该框架只给出了模型，并未实现具体的算法。 

混沌系统由于具有随机性、规律性和初值极端敏感性的特点，近年得到了广泛的应用。高山青等提出了一种基于混沌阵列的鲁棒零水印算法，利用加扰和扩散的混沌系统生成一个0，1混沌阵列，并用此阵列来调制图像的最高位平面矩阵，得到最终水印矩阵。宋伟等描述了一种基于混沌理论和奇异值分解(SVD)的零水印方案。利用Logistic混沌系统的初值敏感性映射信息隐藏的位置，增强了算法的安全性；采用奇异值的不变特性构造注册中心的水印，保证了在不改变宿主图像任何信息的同时进行有效地版权保护；同时深入分析了水印容量和算法安全性之间的关系。 

台湾中兴大学计算机学院的研究者们提出了一种用于公共版权认证的零水印系统。该系统中共有三个角色，即签名者、验证者和可以信赖的认证机构TA(trusted authority)。该算法从原始图像小波域低频系数中提取特征矩阵作为水印矩阵，然后将水印矩阵和一些参数加密后传送给一个可信的第三方认证机构TA，并加盖时间戳，原始图像作品便在水印的保护之下，且能够有效地抵抗解释攻击，弥补了传统零水印系统的不足。但算法通过比较小波低频系数与系数平均值的大小来生成图像特征，这种方法容易受到直方图均衡、亮度变换、剪切等信号处理的影响。基于上述考虑，台湾逢甲大学信息工程和计算机系的研究者在该算法的基础上对特征提取方法进行了改进，采用对载体图像的低尺度近似图像进行Sobel边缘检测，然后提取特征矩阵，收到了较好的效果。 

目前提出的这些零水印方案对模糊、噪声、滤波、压缩等常见信号处理攻击以及缩放等攻击具有很好的鲁棒性，但对剪切、大尺度旋转和Stirmark RBA(random bending attack)攻击很敏感。已有的抗剪切、大尺度旋转和Stirmark RBA攻击的研究主要集中在嵌入式水印，而这方面的零水印研究开展的不多。 

发明内容

技术问题：为了增强零水印对剪切、大尺度旋转和Stirmark RBA(random bending attack)攻击的鲁棒性，本发明提出一种抗攻击的鲁棒多倍零水印方案。本发明使用Harris角点检测获取图像的特征域，利用特征域的Zernike矩不变量来构造特征向量，并且将这些特征向量进行量化以形成多倍零水印。提出的多倍零水印版权认证方案不仅能抵抗常见信号处理攻击，而且对剪切、大尺度旋转和Stirmark RBA攻击也具有较好的鲁棒性。 

技术方案：采用图像的局部自相关函数和2阶对称矩阵，Harris检测器可以提取一副图像的特征点。图像点的特征值H(x，y)的计算式定义为： 

H(x，y)＝det(S)-k·trace²(S)      (1)