[发明专利]基于图像离散余弦变换的三维网格模型盲水印方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于图像离散余弦变换的三维网格模型盲水印方法。

背景技术

数字水印是利用数字产品中普遍存在的冗余来将水印信息藏入其中从而达到版权保护目的的一种技术。随着计算机图形学、虚拟现实、计算机辅助设计等技术的发展，三维模型也得到越来越多的应用，它们同样需要保护。而当前数字水印技术大都是针对静止图像、视频流、音频流这些媒体数据类型的，对三维几何模型数据的水印技术的研究工作相对较少。

与图像水印相比，三维模型不但包含几何信息，还包括拓扑信息。而通常对三维模型的攻击有旋转、平移、均匀或不均匀的缩放、裁剪、网格简化等。这些攻击有的改变了模型的几何信息，有的作用在模型的拓扑结构上，亦或两者都有之。正因为三维模型自身的这些特点和对其攻击方式的多样性导致了其嵌入和提取水印比较复杂。这些都使得传统的图像水印方法不能简单照搬地应用于三维几何模型。三维模型数据由点、线、面等要素构成，这些要素可以组合成各种不同的数据表达方式，另外三维模型数据的各要素集合没有一个固定的排序标准，而对静止图像来说却可以按照像素点的平面位置排序，对音频流和视频流数据可以按照时间轴来排序，对于这种不规则的数据类型，不能简单地应用已有的各种变换域水印方法，需要寻找适当的能够反映三维模型数据特征的参数用于各种变换域水印方法。另外，水印检测过程中，几何模型简化操作和其它的攻击方法可能会改变几何模型的连接关系，或拓扑连接。

与静止图像、音频、视频相比，三维模型的表示具有如下特点：

(1).没有固有的数据顺序。音频、视频的数据是按时间顺序排列的，静止图像、视频的帧则以扫描线顺序排列，而三维模型却没有一个固定的数据顺序。

(2).没有明确的采样率的概念，三维表面模型中的数据，不具有像图像、音频、视频那样的方便的数学工具(如余弦变换、Fourier变换、小波变换等)可以使用。

(3).模型数据中不但包含几何信息还有拓扑信息，使水印提取时候的同步问题更加复杂。

(4).表示方法不唯一。同一个三维模型，可以用多种不同的模型表示，在不同模型间进行转换的过程中，容易引起属性损失。没有图像、视频中自然存在适合于嵌入水印的噪声存在。

(5).对模型进行几何和拓扑操作的工具很多，使对模型的修改更加容易。一些图像水印、音频水印、视频水印中的问题，如有损压缩、同步问题等。三维水印同样存在。

除了上述提高的问题，三维水印算法还必须兼顾鲁棒性、水印容量和计算复杂度这三种特性。对应不同的应用需求，及时调整水印系统的特性，三者之间并不矛盾，关键是要使得各个特性在变化的过程中获得一个平衡点。某个特性性能的提高，通常是通过牺牲其它特性来获得的。通常意义下，三维模型的水印容量、水印鲁棒性和嵌入提取过程的计算复杂度三者之间是相互依存和制约的，去设计一个水印系统想要使这三者都达到最优是不切实际的，只能在三者中进行仔细的周全考虑，为满足某种特定的需求而放弃一部分特性的性能。当然，模型水印嵌入容量不宜过小，为了能够满足要求一般需要嵌入足够的水印数据。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于图像离散余弦变换的三维网格模型盲水印方法。

本发明的三维网格模型水印方法选取两个稳定的几何特征帮助排序来获得一个唯一的三维顶点序列，并将水印数据添加到顶点的纹理坐标中，使得仿射变换后也可以正确得到嵌入水印的顶点序列，从而正确地提取出水印。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

步骤1.为三维模型的每个顶点选取如下两个特征：

特征一：模型顶点V_i到模型中心点O的距离S_i；

特征二：两条连线的夹角θ_i，两条连线分别为模型顶点V_i与它的一阶邻域中心点T_i的连线，一阶领域中心点T_i与模型中心点O的连线；

通过特征一和特征二对三维模型的所有顶点确定一个唯一排序序列；

步骤2.选取排序后顶点序列的前M×M个顶点，并获得前M×M个顶点的纹理坐标，组成一个M×M的纹理坐标矩阵。