[发明专利]一种多功能立体图像数字水印方法

摘要

本发明公开了一种多功能立体图像数字水印方法，其包括水印嵌入、水印提取和篡改定位三部分，其利用从经过攻击后的水印立体图像的左视点图像中提取的特征水印与鲁棒水印之间的相似度及从经过攻击后的水印立体图像的右视点图像中提取的特征水印与鲁棒水印之间的相似度作为评价的依据，实现了立体图像的版权保护；其对于经过攻击后的水印立体图像的左视点图像和右视点图像中的篡改块的定位分为两步对于非匹配块，通过判断每个非匹配块的DCT系数矩阵中的两个相应的高频DCT系数之间是否存在所设定的数值大小线性关系实现篡改检测；对于匹配块，利用从匹配块中提取的特征水印和提取的嵌入脆弱水印实现篡改检测，最终实现了立体图像的篡改定位功能。

主权项

一种多功能立体图像数字水印方法，其特征在于包括以下步骤：①‑1、令表示参考立体图像的左视点图像，令表示参考立体图像的右视点图像，其中，1≤i≤M,1≤j≤N，M表示参考立体图像的宽，N表示参考立体图像的高，表示中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值，表示中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值；①‑2、将中的每个像素点的以二进制形式表示的像素值的最低位置零，得到新的左视点图像，记为其中，表示中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值；同样，将中的每个像素点的以二进制形式表示的像素值的最低位置零，得到新的右视点图像，记为其中，表示中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值；①‑3、将分割成个互不重叠的尺寸大小为4×4的图像块；然后对中的每个图像块进行离散余弦变换，得到中的每个图像块的维数为4×4的DCT系数矩阵；接着对中的每个图像块的DCT系数矩阵中左上角的2×2个DCT系数进行奇异值分解，得到中的每个图像块对应的维数为2×2的奇异值矩阵；再提取出中的所有图像块各自对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值，构成对应的维数为的最大奇异值矩阵，记为{SL,max(m,n)}，其中，SL,max(m,n)表示{SL,max(m,n)}中下标为(m,n)处的奇异值，亦表示中坐标位置为(m,n)的图像块对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值；同样，将分割成个互不重叠的尺寸大小为4×4的图像块；然后对中的每个图像块进行离散余弦变换，得到中的每个图像块的维数为4×4的DCT系数矩阵；接着对中的每个图像块的DCT系数矩阵中左上角的2×2个DCT系数进行奇异值分解，得到中的每个图像块对应的维数为2×2的奇异值矩阵；再提取出中的所有图像块各自对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值，构成对应的维数为的最大奇异值矩阵，记为{SR,max(m,n)}，其中，SR,max(m,n)表示{SR,max(m,n)}中下标为(m,n)处的奇异值，亦表示中坐标位置为(m,n)的图像块对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值；①‑4、根据{SL,max(m,n)}中的每个奇异值的最高位的奇偶性，提取中的每个图像块的特征水印，将中坐标位置为(m,n)的图像块的特征水印记为WL,f(m,n)，如果SL,max(m,n)的最高位为奇数，则令WL,f(m,n)＝1；如果SL,max(m,n)的最高位为偶数，则令WL,f(m,n)＝0；同样，根据{SR,max(m,n)}中的每个奇异值的最高位的奇偶性，提取中的每个图像块的特征水印，将中坐标位置为(m,n)的图像块的特征水印记为WR,f(m,n)，如果SR,max(m,n)的最高位为奇数，则令WR,f(m,n)＝1；如果SR,max(m,n)的最高位为偶数，则令WR,f(m,n)＝0；①‑5、获取中的每个图像块的视差，将中坐标位置为(m,n)的图像块的视差记为d(m,n)，d(m,n)的值取满足条件(SL,max(m,n)‑SR,max(m,n‑d(m,n)))<T的最小值，其中，SR,max(m,n‑d(m,n))表示{SR,max(m,n)}中下标为(m,n‑d(m,n))处的奇异值，T表示设定的第一视差判定阈值；然后根据中的每个图像块的视差，确定和中的匹配块及中的非匹配块，对于中坐标位置为(m,n)的图像块的视差d(m,n)，如果则令d(m,n)＝β+1，并将中坐标位置为(m,n)的图像块确定为非匹配块；如果d(m,n)∈[‑β,β]，则确定中坐标位置为(m,n)的图像块与中坐标位置为(m,n‑d(m,n))的图像块相匹配，并将中坐标位置为(m,n)的图像块确定为匹配块，将中坐标位置为(m,n‑d(m,n))的图像块确定为匹配块；再将中除所有匹配块外的图像块确定为非匹配块，其中，β表示视差的最大取值；①‑6、向中的匹配块中嵌入脆弱水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为匹配块，则将该匹配块中的每个像素点的以二进制形式表示的像素值的最低位用WL,f(m,n)的值替代，实现脆弱水印的嵌入；同样，向中的匹配块中嵌入脆弱水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为匹配块，则将该匹配块中的每个像素点的以二进制形式表示的像素值的最低位用WR,f(m,n)的值替代，实现脆弱水印的嵌入；向中的非匹配块中嵌入鲁棒水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则首先从该非匹配块的DCT系数矩阵中任意选择两个下标不相同的中频DCT系数，假定任意选出的两个中频DCT系数的下标分别为(u1,v1)和(u2,v2)，则将任意选出的两个中频DCT系数对应记为和然后根据WL,f(m,n)及和向该非匹配块中嵌入鲁棒水印：如果WL,f(m,n)＝0且则令并令再令如果WL,f(m,n)＝0且则对和不作修改；如果WL,f(m,n)＝1且则令并令再令如果WL,f(m,n)＝1且则对和不作修改；其中，1≤u1≤4,1≤v1≤4,1≤u2≤4,1≤v2≤4，α表示调节参数，α＝0.04，表示中坐标位置为(m,n)的图像块的DCT系数矩阵中下标为(1,1)处的DCT系数，β表示视差的最大取值，和中的“＝”为赋值符号；同样，向中的非匹配块中嵌入鲁棒水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则首先从该非匹配块的DCT系数矩阵中任意选择两个下标不相同的中频DCT系数，假定任意选出的两个中频DCT系数的下标分别为(u1,v1)和(u2,v2)，则将任意选出的两个中频DCT系数对应记为和然后根据WR,f(m,n)及和向该非匹配块中嵌入鲁棒水印：如果WR,f(m,n)＝0且则令并令再令如果WR,f(m,n)＝0且则对和不作修改；如果WR,f(m,n)＝1且则令并令再令如果WR,f(m,n)＝1且则对和不作修改；其中，α表示调节参数，α＝0.04，表示中坐标位置为(m,n)的图像块的DCT系数矩阵中下标为(1,1)处的DCT系数，和中的“＝”为赋值符号；再向中的非匹配块中嵌入脆弱水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则首先从该非匹配块的DCT系数矩阵中任意选择六个下标不相同的高频DCT系数，假定任意选出的六个高频DCT系数的下标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x1',y1')、(x2',y2')和(x3',y3')，则将任意选出的六个高频DCT系数对应记为和然后通过修改和向该非匹配块中嵌入脆弱水印：令再令其中，1≤x1≤4,1≤y1≤4,1≤x2≤4,1≤y2≤4,1≤x3≤4,1≤y3≤4，1≤x1'≤4,1≤y1'≤4,1≤x2'≤4,1≤y2'≤4,1≤x3'≤4,1≤y3'≤4，μ和τ表示调节参数，μ＝0.05，τ＝1，和中的“＝”为赋值符号；同样，再向中的非匹配块中嵌入脆弱水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则首先从该非匹配块的DCT系数矩阵中任意选择六个下标不相同的高频DCT系数，假定任意选出的六个高频DCT系数的下标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x1',y1')、(x2',y2')和(x3',y3')，则将任意选出的六个高频DCT系数对应记为和然后通过修改和向该非匹配块中嵌入脆弱水印：令再令其中，和中的“＝”为赋值符号；②‑1、令表示经过攻击后的水印立体图像的左视点图像，令表示经过攻击后的水印立体图像的右视点图像，其中，1≤i≤M',1≤j≤N'，M'表示经过攻击后的水印立体图像的宽，且与参考立体图像的宽一致，N'表示经过攻击后的水印立体图像的高，且与参考立体图像的高一致，表示中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值，表示中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值；②‑2、将分割成个互不重叠的尺寸大小为4×4的图像块；然后对中的每个图像块进行离散余弦变换，得到中的每个图像块的维数为4×4的DCT系数矩阵；接着对中的每个图像块的DCT系数矩阵中左上角的2×2个DCT系数进行奇异值分解，得到中的每个图像块对应的维数为2×2的奇异值矩阵；再提取出中的所有图像块各自对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值，构成对应的维数为的最大奇异值矩阵，记为其中，表示中下标为(m,n)处的奇异值，亦表示中坐标位置为(m,n)的图像块对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值；同样，将分割成个互不重叠的尺寸大小为4×4的图像块；然后对中的每个图像块进行离散余弦变换，得到中的每个图像块的维数为4×4的DCT系数矩阵；接着对中的每个图像块的DCT系数矩阵中左上角的2×2个DCT系数进行奇异值分解，得到中的每个图像块对应的维数为2×2的奇异值矩阵；再提取出中的所有图像块各自对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值，构成对应的维数为的最大奇异值矩阵，记为其中，表示中下标为(m,n)处的奇异值，亦表示中坐标位置为(m,n)的图像块对应的奇异值矩阵中左上角的奇异值；②‑3、根据中的每个奇异值的最高位的奇偶性，提取中的每个图像块的特征水印，将中坐标位置为(m,n)的图像块的特征水印记为如果的最高位为奇数，则令如果的最高位为偶数，则令同样，根据中的每个奇异值的最高位的奇偶性，提取中的每个图像块的特征水印，将中坐标位置为(m,n)的图像块的特征水印记为如果的最高位为奇数，则令如果的最高位为偶数，则令②‑4、获取中的每个图像块的视差，将中坐标位置为(m,n)的图像块的视差记为d'(m,n)，d'(m,n)的值取满足条件的最小值，其中，表示中下标为(m,n‑d'(m,n))处的奇异值，T'表示设定的第二视差判定阈值；然后根据中的每个图像块的视差，确定和中的匹配块及中的非匹配块，对于中坐标位置为(m,n)的图像块的视差d'(m,n)，如果则令d'(m,n)＝β+1，并将中坐标位置为(m,n)的图像块确定为非匹配块；如果d'(m,n)∈[‑β,β]，则确定中坐标位置为(m,n)的图像块与中坐标位置为(m,n‑d'(m,n))的图像块相匹配，并将中坐标位置为(m,n)的图像块确定为匹配块，将中坐标位置为(m,n‑d'(m,n))的图像块确定为匹配块；再将中除所有匹配块外的图像块确定为非匹配块，其中，β表示视差的最大取值；②‑5、从中的匹配块中提取鲁棒水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为匹配块，则将从该匹配块中提取出的鲁棒水印记为其中，表示中坐标位置为(m,n+d'(m,n))的图像块的特征水印，中的“＝”为赋值符号；同样，从中的匹配块中提取鲁棒水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为匹配块，则将从该匹配块中提取出的鲁棒水印记为其中，表示中坐标位置为(m,n+d'(m,n))的图像块的特征水印，中的“＝”为赋值符号；从中的非匹配块中提取鲁棒水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则将从该非匹配块中提取出的鲁棒水印记为其中，表示中坐标位置为(m,n)的图像块的DCT系数矩阵中下标为(u1,v1)处的DCT系数，表示中坐标位置为(m,n)的图像块的DCT系数矩阵中下标为(u2,v2)处的DCT系数；同样，从中的非匹配块中提取鲁棒水印：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则将从该非匹配块中提取出的鲁棒水印记为其中，表示中坐标位置为(m,n)的图像块的DCT系数矩阵中下标为(u1,v1)处的DCT系数，表示中坐标位置为(m,n)的图像块的DCT系数矩阵中下标为(u2,v2)处的DCT系数；②‑6、检测从中提取出的鲁棒水印的鲁棒性：定义从中提取出的鲁棒水印与特征水印之间的相似度为NCL，其中，WL,extract(m,n)由和相加得到；如果NCL的值越接近于1，则表明从中提取出的鲁棒水印的鲁棒性越好；同样，检测从中提取出的鲁棒水印的鲁棒性：定义从中提取出的鲁棒水印与特征水印之间的相似度为NCR，其中，WR,extract(m,n)由和相加得到；如果NCR的值越接近于1，则表明从中提取出的鲁棒水印的鲁棒性越好；③‑1、从中的匹配块中提取脆弱水印，定位篡改块：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为匹配块，则提取该匹配块中的每个像素点的以二进制形式表示的像素值的最低位，构成一个维数为4×4的矩阵，并将该矩阵作为从该匹配块中提取出的脆弱水印，记为如果则确定该匹配块为篡改块；同样，从中的匹配块中提取脆弱水印，定位篡改块：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为匹配块，则提取该匹配块中的每个像素点的以二进制形式表示的像素值的最低位，构成一个维数为4×4的矩阵，并将该矩阵作为从该匹配块中提取出的脆弱水印，记为如果则确定该匹配块为篡改块；再通过判断中的非匹配块的DCT系数矩阵中的两个高频DCT系数的线性关系，从中的非匹配块中定位篡改块：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则从该非匹配块的DCT系数矩阵中选择六个下标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x1',y1')、(x2',y2')和(x3',y3')的高频DCT系数，对应记为和如果或或则确定该非匹配块为篡改块；同样，再通过判断中的非匹配块的DCT系数矩阵中的两个高频DCT系数的线性关系，从中的非匹配块中定位篡改块：假设中坐标位置为(m,n)的图像块为非匹配块，则从该非匹配块的DCT系数矩阵中选择六个下标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x1',y1')、(x2',y2')和(x3',y3')的高频DCT系数，对应记为和如果或或则确定该非匹配块为篡改块。