[发明专利]基于快速分数阶极坐标线性正则变换的图像零水印方法

说明书

本发明公开一种基于快速分数阶极坐标线性正则变换的图像零水印方法。该方法首先计算出载体图像的快速分数阶极坐标线性正则变换FFrPLCT的相关系数，通过筛选这些系数来构造鲁棒且可区分的混合低阶特征向量；然后，使用安全性较高的非对称Tent映射和相关特征向量构造特征图；接着置乱水印和特征图，置乱方法选用常见的广义Arnold变换，并将加密后的水印和特征图做异或操作以获得零水印图像；最终，可信机构会对零水印、密钥、身份标识和数字时间戳等进行公开认证。实验结果表明，本发明涉及的方法能够提升鲁棒性和区分性，也能很好地平衡鲁棒性和区分性。该方法整体的安全性较高，水印的容量有很大的优势，此外，计算速度也有了显著的提升。

技术领域

本发明涉及数字图像版权保护技术领域，具体为一种基于快速分数阶极坐标线性正则变换的图像零水印方法。

背景技术

随着数字时代的光速发展，数字图像逐步应用在越来越多的领域中，已然成为社会和生活至关重要的一环。然而人们在享受数字图像为生活带来的便利的同时，也承担着在公共网络传输过程中未经授权的非法拷贝和篡改的风险。故而数字图像的版权保护工作就显得愈发关键。数字水印技术想要实现版权保护，往往会在图像中嵌入水印信息，但原始图像的信息会被嵌入的信息破坏掉，从而导致图像不同程度的失真。这种图像失真在军事领域、医疗诊断和遥感测绘方面是无法被接受的。由此，零水印方案得以提出。该方案提取多媒体信息中的某种重要特征来构造水印信息，再将构造的水印信息和其他相关信息寄送到可信机构TA进行注册，以此实现版权保护。该方法相比其他数字水印技术有着显著优势：一方面，该方法具备优良的不可感知性，不会造成载体图像的改变；另一方面，该方法能够有效地平衡鲁棒性和区分性，在水印容量、安全性和速度方面也更胜一筹。

鉴于零水印方案的特点与优势，致力于展开零水印研究工作的研究者越来越多。不同特征向量的生成方式与不同零水印的方法相对应。基于空间域特征的零水印方法、基于频率域特征的零水印方法和基于矩特征的零水印方法为现阶段被广泛使用的零水印方法。这三种方法各有利弊：基于空间域特征的零水印方法可以直接从图像本身获取相应的图像特征向量，算法相对简单，但该方法无法有效使用在彩色待保护图像中，不具备广泛性，且区分性较差，误检率偏高；基于频率域特征的零水印方法是将图像的频域系数修改来实现水印信息加载，此种方法可将水印信息分布到整体图像中，对人眼视觉基本不产生影响，但该方法抗几何攻击能力相对较弱，算法运行整体时间较长，适用性较弱；基于矩特征的零水印方法可以平衡鲁棒性和区分性，并且其抗几何攻击能力较强，但计算过程复杂，数值不稳定，计算精度不高。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种基于快速分数阶极坐标线性正则变换的图像篡改检测方法，包括零水印的获取和零水印的验证，

约定：I代表载体图像；I'代表待检测图像；Key 1、Key 2和Key 3代表密钥；W代表水印；W'代表检出水印；N_W代表水印尺寸；ZW代表零水印；H_nmα代表快速分数阶极坐标线性正则变换FFrPLCT系数矩阵；n∈Z为阶数；m∈Z为重复度；α∈{0.5,1,1.5,2}为分数阶参数；f(r,θ)代表输入的载体图像；r代表半径；θ代表角度；R_n(α,r)代表快速分数阶极坐标线性正则变换径向基函数；mean(·)代表取均值；XOR(·)代表异或运算；

所述零水印的获取按以下步骤进行：

S1：初始设置：

S1.1：读取载体图像I；