[发明专利]一种有效抵抗仿射变换的遥感影像盲水印方案

说明书

本发明公开一种有效抵抗仿射变换的遥感影像盲水印方案，首先通过ASIFT算法提取影像中具有仿射不变性的特征点，根据特征尺度筛选适量稳定特征点并构造对应特征区域；然后利用仿射不变矩对特征区域进行归一化处理；随后对水印图像做Arnold变换得到置乱后的水印信息；最后根据量化规则将水印嵌入到以特征区域质心定位的子区域中，将水印嵌入前后特征区域差值图像反归一化，最后将反归一化差值图像叠加在原始影像特征区域上，完成水印的嵌入。该水印方案具有良好的不可见性，对包含旋转、平移、缩放在内的仿射变换和裁剪等攻击具有较强的鲁棒性，并可抵抗高斯噪声、椒盐噪声、中值滤波等常规信号攻击。

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种有效抵抗仿射变换的遥感影像盲水印方案。

背景技术

遥感影像是国家重要的基础性、战略性信息资源，是国家进行科学规划、环境保护、资源开发、军事作战等工作的重要工具。随着计算机网络技术的飞速发展，共享以及轻松复制遥感数据变得越来越普遍，这些因素可以提高地理信息服务质量，但同时也增加了遥感数据的不安全性。数字水印技术是近年来发展起来的信息安全前沿技术，不仅在普通图像的版权保护中得到了重要的应用，也为遥感影像数据的安全提供了可靠的解决方案。

由于遥感影像在处理过程中面临各类几何攻击，尤其在影像配准过程中，通过特征点匹配计算出两幅影像的仿射变换矩阵实现配准，而仿射变换会使水印与影像的同步性关系遭到严重破坏，水印难以检测，因而需要提高水印方案的鲁棒性抵抗仿射变换造成的影响。

遥感影像水印方案从嵌入方法上一般分为空间域和变换域两种，空间域水印直接将水印信息嵌入到载体图像的像素信息中，对压缩、噪声、滤波等处理的鲁棒性差，而变换域水印先将图像变换到相应的变换域，再在变换域中进行水印信息的嵌入，有良好的不可见性与抗差性，在遥感影像版权保护中得到广泛应用。由于几何攻击的独特性，水印同步会被破坏，从而导致水印提取失败，因此迫切需要提出对几何攻击具有鲁棒性的变换域遥感影像水印方案。

近年来，国内外学者提出了许多解决上述问题的方案，此类研究的方法可分为三类：(1)基于影像校正方法。基于该方案，Cheng you W等提出了基于ASIFT的抗几何攻击的鲁棒水印方案，利用ASIFT特征点匹配进行几何失真校正，使得水印抵抗几何攻击的能力明显提高，但是此类方案属于非盲水印方案，在检测水印时需要原始载体，其应用受到较大限制；(2)基于仿射不变域的方法。比较常见的是利用Fourier-Mellin变换、DFT变换和归一化等方法提高水印鲁棒性，Sridevi T等提出了基于归一化和DC系数的鲁棒水印方案，该方案可抵抗不同对比度图像上的几何变形和直方图均衡化、噪声等攻击，但目前该类方案只能抵抗RST攻击，对裁剪攻击鲁棒性不足；(3)基于特征区域的方法。提取影像稳定的特征点，并把水印重复地嵌入到少量稳定特征点周围的区域，周琳等提出了Blob-Harris特征区域结合CT-SVD的鲁棒水印方案，该方案对常规攻击、几何攻击及一定程度的复合攻击等具有好的鲁棒性，但并未考虑到仿射变换对水印鲁棒性的影响。上述水印方案，能够较好地抵抗平移、旋转等攻击，但是并未涉及水印抗仿射变换的研究。因此，本发明结合仿射不变域和特征区域的优点，提出一种有效抵抗仿射变换遥感影像盲水印方案。该方案通过提取影像适量稳定的ASIFT特征点与对应的特征区域实现水印嵌入区域的精确定位，然后通过基于矩的归一化技术使水印嵌入区域具有一定仿射不变性，最终恢复水印与影像间的同步关系。

发明内容

本发明针对目前遥感影像数字水印方案的不足，结合仿射不变域和特征区域的优点，提出一种有效抵抗仿射变换遥感影像盲水印方案。该方案通过提取影像适量稳定的ASIFT特征点与对应的特征区域实现水印嵌入区域的精确定位，然后通过基于矩的归一化技术使水印嵌入区域具有一定仿射不变性，最终恢复水印与影像间的同步关系，具有较好的实用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有效抵抗仿射变换的遥感影像盲水印方案，包括水印嵌入和水印提取两部分：

水印嵌入步骤如下：