[发明专利]基于纯四元数Schur分解的彩色数字图像盲水印方法

说明书

本发明利用频域数字水印算法鲁棒性强的优点，公开了一种基于纯四元数Schur分解的彩色数字图像盲水印方法。本发明根据四元数表示的图像在Schur分解后所得酉矩阵系数的相关性，通过修改酉矩阵中具有较高相关性的两个系数来完成彩色数字水印的嵌入与盲提取。本发明将彩色数字水印图像嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较强的鲁棒性，而且具有较好的水印隐蔽性和较高的安全性，解决了大容量彩色图像数字水印算法鲁棒性差和安全性低的难题，适用于强鲁棒性、高安全性的大容量数字媒体版权保护的场合。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及强鲁棒性和高安全性的大容量彩色数字图像的快速版权保护。

背景技术

随着网络技术的快速发展，越来越多的数字作品在网络上公开，如彩色数字图像，一旦上传网络，其传播范围将很难确定；又因网上数字作品数量众多、种类繁杂且传播迅速，一旦发现数字作品具有抄袭嫌疑，其责任难以追究。因此，数字作品的版权保护问题吸引了国内外学者的广泛关注。然而，现有的应用于数字版权保护的数字水印算法具有一定的局限性：一方面，随着黑客对计算机技术的深入研究，其攻击算法的能力日益增强，较小密钥空间的算法容易被破解，因此难以满足高安全性的应用需求，数字水印算法的安全性有待进一步提高；另一方面，目前版权保护的标识更趋向于美观且信息量高的彩色图像数字水印，而不再局限于容量较小的伪随机序列、二值图像或灰度图像。因此，如何充分利用频域数字水印算法鲁棒性强的优点设计一种高安全性、强鲁棒性的彩色图像数字水印算法成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纯四元数Schur分解的彩色数字图像盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：

第一步：彩色数字水印图像的预处理：首先，将一幅大小为N×N的彩色数字水印图像W依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层水印图像W_i；然后，将每个分层水印图像进行基于密钥Ka_i和Kb_i的二维Logistic混沌映射；最后，将置乱后的分层水印图像中的每个十进制数表示的像素用8位二进制数表示，并依次连接形成长度为8N²的分层水印位序列SW_i，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第二步：获取宿主图像的嵌入块：将一幅大小为M×M的原始彩色宿主图像H分成大小为m×m的非重叠图像块，每一个图像块纵向包含红、绿、蓝三层；根据分层水印信息的长度8N²，利用Matlab系统内置函数randperm生成的伪随机序列从宿主图像H中选择合适的图像块A，其中3×8N²=(M×M)/(m×m)；

第三步：添加抖动噪声：对选取的图像块A的每个像素值，添加在-0.5和0.5之间的随机数值；然后，再对每个像素值进行判断，如果其值为负数，则将其修改为对应的相反数；