[发明专利]一种基于多尺度空间的鲁棒水印嵌入与提取方法

说明书

技术领域

本发明属于信息隐藏和图像处理等交叉领域，涉及一种基于多尺度空间的鲁棒性水印嵌入与提取方法。

背景技术

随着摄影技术与图像拼接技术的不断发展，超高清晰图像已经逐渐被广泛应用于天文观测、地质勘测、航空侦察、安全监控、文物等可靠资料的记录上，商业价值极高，因此其版权保护的重要性不言而喻。

数字水印作为一种针对数字产品版权司法鉴定困难而出现的信息隐藏技术，是通过在受保护的原始数据中嵌入特定信息，用以证实电子数据所有权的。作为普通图像版权通告与保护的重要方式之一，其效果已经得到了一定的认可。然而对于上述超高清晰图像，现有数字水印算法还无能为力，这主要是由于超高清晰图像内容丰富、分辨率高，其中的一个小部分亦或是将其十数倍缩小后仍具有不菲的收藏价值，相应数字水印方案面临大尺度裁剪攻击与大尺度缩小攻击，而这两种攻击手段正是传统水印算法的盲点。

发明内容

鉴于目前图像数字水印方法中针对大尺度几何变换攻击的局限性，本发明提出一种基于多尺度空间的鲁棒性水印嵌入与提取方法，力图探索能够抵抗大尺度裁剪攻击与缩小攻击的数字水印方案，提高现有数字水印算法的鲁棒性。

为实现这个目标，本发明的技术方案为：首先基于多分辨率图像空间与图像分块思想构造出载体图像的分块金字塔式数据结构，然后在水印嵌入步骤，将经过预处理的多尺度水印信息分层次密集嵌入到图像块中，接着在水印提取步骤中，在待提取水印的目标图像中检测特征点，确定特征点描述，并利用特征匹配算法在载体图像的多尺度空间中对目标图像进行定位，以确定水印嵌入位置，并以此位置处的原始图像为参考，提取目标图像的水印信息，并对比其与原水印的相似度。

与现有技术相比，本发明的优势在于：首次提出基于多尺度空间的鲁棒性水印嵌入与提取方法。该方法通过多分辨率分块金字塔数据结构将大尺度攻击分解为多层次的小尺度攻击，有机地将空间域与变换域结合在一起，以确保在大尺度几何攻击下水印信息的不可见性与鲁棒性。相比传统数字水印算法，在同样水印容量的前提下，其不可感知性更好，针对大尺度几何变换的鲁棒性高。

附图说明

图1为本发明所涉及方法的框架图；

图2为应用本发明对图像进行缩小攻击与方形裁剪攻击后提取水印的效果图：(a1)为原始水印图像，(a2)为原始载体图像，(b1～e1)对应缩小攻击，(b2～e2)对应方形裁剪攻击，(b1)、(b2)为传统DCT算法所得水印结果，(c1)、(c2)为传统DWT算法所得水印结果，(d1)、(d2)为本发明结合DCT算法所得结果，(e1)、(e2)为本发明结合DWT算法所得结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的流程框架如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤一，多尺度空间构建。

读入载体图像I，用户将原始分辨率图像对应在最底层，之后各层图像在长和宽上减半，即第i层与原图相比图像缩小至1/(2ⁱ*2ⁱ)，形成多分辨率的金字塔结构。然后，将每层图像切割成相同大小的正方形图块，本发明建议切割出的图像块大小为256*256像素。上述多分辨率的分块图像，构成本发明的金字塔式结构的多尺度图像。

步骤二，多尺度空间水印嵌入。

本步骤包括多尺度水印生成与多尺度水印嵌入两个子步骤。

(1)多尺度水印生成

本发明同样构建水印图像W的多尺度结构，对应载体金字塔结构的每一层。在该结构中每一层水印图像的长宽是前一层的一半。考虑到水印图像自身像素数有限，为了匹配级别较多的载体图像金字塔式数据结构，建议采用隔级尺寸缩小一次水印图像的方法。

为提升水印图像的安全性，将不同分辨率的水印图像W_i分别与预处理密钥K_i结合，对初始水印信息进行混沌、加密或置乱，本发明建议使用二维置乱预处理。

(2)多尺度空间密集水印嵌入

本发明在各层图像I_i内均采用以分块图像为载体的密集水印嵌入算法，并将对应尺度的水印图像W_i无差别地嵌入到相应分块中，获得含有水印信息的图像。在选取水印嵌入算法时，本发明建议采用变换域算法，以增强整体方案的鲁棒性。