[發明專利]一種基于實分數傅立葉變換的圖像零水印嵌入和提取方法

有效

• 申請號: 201410503333.6
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104331856B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 郎俊;石振丁;趙俊婷;姜振宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于信息隱藏和圖像處理技術領域，具體涉及一種基于實分數傅立葉變換的圖像零水印嵌入和提取方法。

背景技術

隨著網絡的發展，人們越來越關注自己所擁有的數字圖像的安全及版權問題；信息隱藏技術在數字圖像的安全保護方面起到重要作用；信息隱藏為在開放的網絡環境下進行涉密的數據通信、數字產品的知識產權保護、重要文件和數字簽名的真實性鑒別以及機密文件泄密后的消息源頭追蹤提供了可靠的信息安全保障。數字水印技術是信息隱藏技術的重要分支。

數字水印技術是一種有效的版權保護、內容認證以及數據完整性保護的方法，一直以來受到版權保護相關領域研究者的關注與重視；傳統的數字水印技術，一般分為時間域水印算法和空間域水印算法，時間域水印算法易受到外部攻擊，安全性不好，不可見性差；而空間域水印算法復雜程度較高，容許嵌入的水印量較小；而變換域水印技術針對噪聲的魯棒性比較強，卻存在嵌入容量小的缺點；且傳統的水印嵌入方法會或多或少的改變圖像的特征。

目前數字圖像水印算法，如文獻辛怡，陶然，王越的基于分數階傅里葉變換的數字圖像實值加密方法；文獻辛怡，仲玨，陶然的基于實數離散傅里葉變換的圖像數字水印算法；上述方法中均講述了，目前很多算法在抗攻擊性方面都做不到全面抵抗，除此以外多數算法抗攻擊性能好，卻較復雜不易實現。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明提出一種基于實分數傅立葉變換的圖像零水印嵌入和提取方法，以達到實現水印嵌入和加密的雙重作用，提高嵌入水印后的魯棒性、安全性和不可見性的目的。

一種基于實分數傅立葉變換的圖像零水印嵌入和提取方法，包括以下步驟：

步驟1、將水印圖像嵌入被保護圖像中，具體如下：

步驟1-1、將水印圖像進行矩陣化處理，即獲得該水印圖像的像素矩陣，該矩陣的行數為水印圖像像素點的行數，該矩陣的列數為水印圖像像素點的列數，該矩陣的元素為像素點的像素值；

步驟1-2、對矩陣化處理后的水印圖像進行實分數傅里葉變換，獲得各像素點的頻域值，進而獲得變換后的水印圖像像素矩陣，并記錄實分數傅里葉變換階數作為第一密鑰；

步驟1-3、將變換后的水印圖像像素矩陣中元素進行置亂處理，消除矩陣中各元素之間的關聯性；

步驟1-4、將被保護圖像進行矩陣化處理，即獲得該被保護圖像的像素矩陣，該矩陣的行數為被保護圖像像素點的行數，該矩陣的列數為被保護圖像像素點的列數，該矩陣的元素為像素點的像素值；

步驟1-5、對矩陣化處理后的被保護圖像進行實分數傅里葉變換，獲得各像素點的頻域值，進而獲得變換后的被保護圖像像素矩陣，并記錄實分數傅里葉變換階數作為第二密鑰；

步驟1-6、將變換后的被保護圖像像素矩陣中元素進行置亂處理，消除矩陣中各元素之間的關聯性；

步驟1-7、構建0，1隨機矩陣，該矩陣的行數與列數與保護圖像像素矩陣相同，該矩陣中1的個數與水印圖像的像素矩陣中元素個數相同，并記錄該0，1隨機矩陣作為第三密鑰；

步驟1-8、將置亂后的被保護圖像像素矩陣與0，1隨機矩陣相乘，獲得一個新的矩陣，再由上到下按列依次將該矩陣中的非0元素提取出來，獲得提取矩陣；

步驟1-9、用獲得的提取矩陣減去置亂后的水印圖像像素矩陣，獲得密鑰矩陣，將該矩陣作為第四密鑰；

步驟1-10、完成零水印嵌入過程；

步驟2、保存第一密鑰、第二密鑰、第三密鑰、第四密鑰和嵌入水印后的被保護圖像；

步驟3、根據存儲的第一密鑰、第二密鑰、第三密鑰、第四密鑰和嵌入水印后的被保護圖像，進行水印提取，具體如下：

步驟3-1、將嵌入水印的被保護圖像進行矩陣化處理，即獲得該嵌入水印的被保護圖像的像素矩陣，該矩陣的行數為嵌入水印的被保護圖像像素點的行數，該矩陣的列數為嵌入水印的被保護圖像像素點的列數，該矩陣的元素為像素點的像素值；

步驟3-2、根據存儲的第二密鑰，對矩陣化處理后的嵌入水印被保護圖像進行實分數傅里葉變換，獲得各像素點的頻域值，進而獲得變換后的嵌入水印的被保護圖像像素矩陣；

步驟3-3、將變換后的嵌入水印的被保護圖像像素矩陣中元素進行置亂處理，消除矩陣中各元素之間的關聯性；

步驟3-4、將變換后的嵌入水印的被保護圖像像素矩陣與存儲的0，1隨機矩陣，即第三密鑰對應元素相乘，獲得一個新的矩陣，再由上到下按列依次將該矩陣中的非0元素提取出來，獲得提取矩陣；