[发明专利]基于圆谐傅里叶矩的鲁棒图像水印嵌入及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信息安全中信息隐藏与数字水印技术领域，尤其是一种不仅具有较好的不可感知性，而且对常规信号处理（中值滤波、边缘锐化、叠加噪声和JPEG压缩等）和去同步攻击（旋转、平移、缩放、剪切、翻转等）均具有较好的鲁棒性的基于圆谐傅里叶矩的鲁棒图像水印嵌入及检测方法。

背景技术

数字水印（Digital Watermarking）作为传统加密方法的有效补充手段，是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新技术，近年来已引起人们高度重视，并已成为国际学术界研究的一个热点。所谓数字图像水印，就是将具有特定意义的标记（水印），利用数据嵌入的方法隐藏在数字图像产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据，同时通过对水印的检测和分析保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。

所谓去同步攻击，并非指该种攻击能够从含水印图像中去除水印信息，而是指其能够破坏数字水印分量的同步（即改变水印嵌入位置），从而导致检测器找不到有效水印。去同步攻击包括全局仿射变换（即旋转、缩放、平移）和一般性去同步攻击（剪切、尺度变换、行列去除等）。近年来，人们主要采用三种措施设计抗去同步攻击的图像水印方案，分别为构造几何不变量、隐藏模版、利用原始图像重要特征。

近年来，抗几何攻击数字图像水印方法研究取得了很大进展，但如何构造均匀且稳定的特征点检测器及局部特征区域，如何在现有灰度图像数字水印算法的基础上，使其具有更好的数字水印鲁棒性和不可感知性，以及如何解决现有基于图像特征数字水印算法中存在的所选用局部特征区域结构与水印嵌入策略过于简单，限制了系统的容纳水印信息能力等问题，现有算法未能很好的解决，因而必然影响数字水印的鲁棒性和不可感知性。

发明内容

本发明针对现有图像水印方法存在的上述问题，提供一种不仅具有较好的不可感知性，而且对常规信号处理（中值滤波、边缘锐化、叠加噪声和JPEG压缩等）和去同步攻击（旋转、平移、缩放、剪切、翻转等）均具有较好的鲁棒性的基于圆谐傅里叶矩的鲁棒图像水印嵌入及检测方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于圆谐傅里叶矩的鲁棒图像水印嵌入方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤1：以内接圆谐傅里叶矩理论为基础，定义及具体计算灰度图像的圆谐傅里叶矩；

步骤2：利用有限个圆谐傅里叶矩来近似重构灰度图像函数的表达式；

步骤3：分析圆谐傅里叶矩的精确性和几何不变特性，选取稳定的矩，用于水印嵌入；

步骤4：采纳量化调制策略将水印信息嵌入到圆谐傅里叶矩幅值中。

所述步骤1如下：

步骤11：假定                                                为极坐标下的灰度图像，定义如下形式的灰度图像圆谐傅里叶矩：

步骤12：图像归一化采用内切圆方法，对于一个大小为的数字图像,坐标转换前后的对应关系如下

其中，，变换后的采样间隔为，利用求和的方式将积分形式下的圆谐傅里叶矩计算公式转换成离散形式下的求矩公式；

步骤13：利用坐标映射对应关系，把图像归一化到单位圆后，上述公式转化为离散求和形式表达式，基于数学分析理论，当采样点的数量达到无穷大时，离散求和结果等价于积分结果，因此，圆谐傅里叶矩的离散形式表达式如下

其中，表示径向基函数，且有

。,

所述步骤2如下：

步骤21：对于灰度图像函数，计算出它的圆谐傅里叶矩；

步骤22：利用有限数目的圆谐傅里叶矩近似重建原图像函数；若已知图像最高阶n_max、最大重复度m_max的圆谐傅里叶矩，则由其完备性和正交性，可得原始图像的重构公式为：

。

所述步骤3如下：

步骤31：圆谐傅里叶矩的平移不变性分析；

步骤32：圆谐傅里叶矩的旋转不变性分析；

步骤33：圆谐傅里叶矩的缩放不变性分析；

步骤34：圆谐傅里叶矩的精确性测试，用于水印嵌入的圆谐傅里叶矩选取如下：

其中，为圆谐傅里叶矩，n和m分别为圆谐傅里叶矩的阶数和重复度；x，y分别为所选稳定矩的阶数和重复度；