[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)自適應(yīng)和結(jié)構(gòu)保持的圖像局部扭曲方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410075833.4
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103793880A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏斌;楊紅梅;崔鑫;郭銀景;王卓鵬;郝建軍;王鳳瑛;張同軍;張仁彥
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對圖像或視頻幀進(jìn)行局部扭曲、并使之產(chǎn)生不可感知幾何變形的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)和結(jié)構(gòu)保持的圖像局部扭曲方法，適用于數(shù)字水印系統(tǒng)測試、數(shù)字圖像篡改取證系統(tǒng)測試等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于多媒體信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展、以及商用圖像處理軟件例如photoshop等使用上的便捷，對數(shù)字作品諸如圖像、視頻和音頻的侵權(quán)越來越容易，篡改也更方便，由此出現(xiàn)一系列的版權(quán)爭端問題。數(shù)字水印技術(shù)是保護(hù)數(shù)字作品版權(quán)的有效手段，它通過嵌入算法將隱秘信息如水印嵌入到需保護(hù)的數(shù)字載體信號中。當(dāng)發(fā)生版權(quán)糾紛時，通過提取水印可證明版權(quán)歸屬。不僅如此，數(shù)字水印技術(shù)及與之緊密相關(guān)的信息隱藏技術(shù)在隱秘通信、數(shù)字指紋、篡改檢測等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。

在針對數(shù)字水印系統(tǒng)的攻擊中，以去同步攻擊最為有效：攻擊效果強(qiáng)且引起的失真小。針對圖像和視頻，旋轉(zhuǎn)、縮放和平移攻擊通過整體旋轉(zhuǎn)、縮放和平移達(dá)到改變載體中水印位置的效果，由于這種攻擊導(dǎo)致像素位置這個幾何量的變化，故常稱為全局幾何攻擊。

為使所設(shè)計(jì)的水印系統(tǒng)具有抗攻擊的實(shí)用性，往往需要對水印系統(tǒng)進(jìn)行攻擊測試。最為常用的測試系統(tǒng)為Stirmark測試標(biāo)準(zhǔn)，其中最為有效的幾何攻擊是隨機(jī)局部扭曲攻擊RBA。RBA隨機(jī)改變像素的位置，從而不像RST攻擊那樣容易反制。在此基礎(chǔ)上，近年來Barni等人提出了LPCD攻擊算法，即帶有刪除和重復(fù)的局部置亂方法，其改進(jìn)算法C-LPCD和基于馬爾科夫隨機(jī)場(MRF)的平滑算法，可以達(dá)到比RBA更好的攻擊效果。無論是RBA還是LPCD方法，在局部上都是將像素移到另一個位置上去，從而此類攻擊由位置偏移向量決定。所有像素位置的偏移向量構(gòu)成一個偏移向量場，這樣，設(shè)計(jì)LPCD類算法等價于設(shè)計(jì)這個偏移向量場。

為了不引起感知失真，RBA攻擊和LPCD攻擊都引入了局部平滑限制，即作用在相鄰像素上的局部偏移向量變化不能太大。但是，這兩類方法都沒有將所攻擊的圖像的結(jié)構(gòu)考慮進(jìn)去。從而，當(dāng)應(yīng)用于諸如人工景物等帶有規(guī)則結(jié)構(gòu)的圖像時，會引起感知上明顯的失真，例如對于位于同一邊緣上的像素，如果其沿垂直邊緣的方向的位移不一致，則原來的直邊緣會變得彎曲，從而引起感知上的失真，甚至不適，這嚴(yán)重限制了其攻擊效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)自適應(yīng)和結(jié)構(gòu)保持的圖像局部扭曲方法，設(shè)計(jì)用于局部幾何攻擊的偏移場，使得其能利用所要攻擊圖像的局部結(jié)構(gòu)，從而不引起感知失真。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種結(jié)構(gòu)自適應(yīng)和結(jié)構(gòu)保持的圖像局部扭曲方法，包括以下處理步驟：

a分析圖像局部結(jié)構(gòu)

構(gòu)建圖像金字塔并分析各層局部結(jié)構(gòu)；

b平滑偏移場

構(gòu)建偏移場金字塔并自頂向下對偏移場做方向平滑；

c扭曲圖像

使用平滑后的偏移場扭曲圖像。

進(jìn)一步，上述步驟a包括以下處理步驟：

a1構(gòu)造圖像的高斯金字塔；

a2對每層圖像分析其局部邊緣方向并計(jì)算出一個一致性度量。

進(jìn)一步，上述步驟a2包括以下處理步驟：

a21首先計(jì)算圖像的梯度▽I(i,j)＝[I_x(i,j),I_y(i,j)]，并在一個小鄰域內(nèi)計(jì)算結(jié)構(gòu)張量J：