[發明專利]一種基于互補特征的魯棒零水印方法

有效

• 申請號: 202011441763.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112561771B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王春鵬;夏之秋;馬賓;李健;李琦;王曉雨
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06F21/16;G06F21/60
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 劉潔

1.一種基于互補特征的魯棒零水印方法，其特征在于，基于離散傅里葉變換(DiscreteFourier transform，DFT)和分數階圓諧-傅里葉矩(Fractional-order radial harmonicFourier moments，FrRHFMs)構造雙倍圖像零水印，對于極坐標圖像f(r,θ),0≤r≤1,0≤θ≤2π的階數為n(n≥0)重復度為m(|m|≥0)的FrRHFMs定義為：

其中，j為虛數單位，R_n(r)為FrRHFMs的徑向基函數，且

其中t為分數階參數，為大于0的實數；

零水印算法包括以下步驟：

a.Logo圖像的混沌加密；

b.零水印構造；

c.零水印驗證；

在所述步驟b中，包括以下分步驟：

b-1.特征序列構造，分別使用原始圖像O的DFT幅值和FrRHFMs幅值構造兩個特征序列，

b-1-1.DFT特征序列構造，對原始圖像O進行DFT變換，得到頻域系數F＝{f(u,v),0≤u,v＜N}，使用密鑰K₂在F中隨機選取P×Q個低頻系數，并計算其幅值得到DFT特征序列A_DFT＝{a_DFT(i),0≤i＜P×Q}，

b-1-2.FrRHFMs特征序列構造，計算原始圖像O最大矩階數為n_max的FrRHFMs，得到(n_max+1)(2n_max+1)個矩值，將上述(n_max+1)(2n_max+1)個矩值通過多次復制得到P×Q個矩值，并計算其幅值得到FrRHFMs特征序列A_FrM＝{a_FrM(i),0≤i＜P×Q}；

b-2.特征序列二值化，將DFT特征序列A_DFT和FrRHFMs特征序列A_FrM進行二值化，得到二值化特征序列B_DFT＝{b_DFT(i),0≤i＜P×Q}和B_FrM＝{b_FrM(i),0≤i＜P×Q}：

其中T_DFT是特征序列A_DFT的二值化閾值，T_FrM是特征序列A_FrM的二值化閾值，分別使用大津法(Otsu’s method)確定；

b-3.二值特征圖像的構造，將二值化特征序列B_DFT和B_FrM升維至P行Q列的二值特征圖像F_DFT＝{f_DFT(i,j),0≤i＜P,0≤j＜Q}和F_FrM＝{f_FrM(i,j),0≤i＜P,0≤j＜Q}；

b-4.零水印圖像的生成，對加密Logo圖像L_c與二值特征圖像F_DFT和F_FrM進行異或運算，得到零水印圖像W_DFT＝{w_DFT(i,j),0≤i＜P,0≤j＜Q}和W_FrM＝{w_FrM(i,j),0≤i＜P,0≤j＜Q}：

W_DFT＝XOR(L_c,F_DFT) (5)

W_FrM＝XOR(L_c,F_FrM) (6)

b-5.零水印圖像的加密，分別使用密鑰為K₃和K₄的2D-LSCM混沌映射對兩幅零水印圖像W_DFT和W_FrM進行混沌加密，得到加密的零水印圖像和

b-6.版權信息發送至版權認證機構，使用Hash函數計算加密零水印圖像和以及密鑰K₁,K₂,K₃,K₄等信息的摘要HS，將HS發送至版權認證機構，對其加蓋一個數字時間戳，得到HS_TS作為版權認證的唯一憑證；

所述步驟c中，用于檢測待驗證圖像I′＝{f′(x,y),0≤x＜M,0≤y＜N}的Logo信息，從而確定I′的版權歸屬，具體過程如下：

c-1.版權信息驗證及待驗證圖像預處理，首先驗證HS并檢查零水印圖像和以及密鑰K₁,K₂,K₃,K₄等信息的有效性，若成功則算法繼續，若失敗則算法停止；

c-2.待驗證圖像預處理，將大小為M×N的長方形圖像I′預處理為大小為(M+N)/2×(M+N)/2的正方形圖像I^*＝{f^*(x,y),0≤x,y＜(M+N)/2}；

c-3.特征序列構造，分別使用圖像I^*的DFT幅值和FrRHFMs幅值構造兩個特征序列，

c-3-1.DFT特征序列構造，對圖像I^*進行DFT變換，得到頻域系數F^*＝{f^*(u,v),0≤u,v＜(M+N)/2}，使用密鑰K₂在F^*中隨機選取P×Q個低頻系數，并計算其幅值得到DFT特征序列

c-3-2.FrRHFMs特征序列構造，計算圖像I^*最大矩階數為n_max的FrRHFMs，得到(n_max+1)(2n_max+1)個矩值，將上述(n_max+1)(2n_max+1)個矩值通過多次復制得到P×Q個矩值，并計算其幅值得到FrRHFMs特征序列

c-4.特征序列二值化，將DFT特征序列和FrRHFMs特征序列進行二值化，得到二值化特征序列和

其中是特征序列的二值化閾值，是特征序列的二值化閾值，分別使用大津法(Otsu’s method)確定；

c-5.二值特征圖像的構造，將二值化特征序列和升維至P行Q列的二值特征圖像和

c-6.零水印圖像解密，分別使用密鑰為K₃和K₄的2D-LSCM混沌映射分別對兩幅零水印圖像和進行混沌解密，得到解密的零水印圖像和

c-7.Logo圖像的提取，將零水印圖像和分別與二值特征圖像和進行異或運算，得到加密Logo圖像和

c-8.Logo圖像解密，使用密鑰為K₁的2D-LSCM混沌映射對和進行混沌解密，得到解密的Logo圖像和

c-9.通過分別計算和與原始Logo圖像L的誤碼率(bit error ratio,BER)BER_DFT和BER_FrM，并使用BER_DFT和BER_FrM的最小值BER_min代表整個算法的BER值：BER_min＝min(BER_DFT,BER_FrM)，即可對待驗證圖像進行驗證，

BER公式如下：

其中，E為錯誤檢測Logo信息的比特數，P×Q為Logo圖像的總比特數，BER的值介于0到1之間，值越小，算法的魯棒性越好。

2.根據權利要求1所述的一種基于互補特征的魯棒零水印方法，其特征在于，所述的步驟a中使用2D-LSCM(2D Logistic-Sine-coupling map)對Logo圖像進行混沌加密，2D-LSCM的定義如下：

其中，x和y為混沌序列，α是混沌系統的控制參數，當α∈(0,1)時，系統進入混沌狀態，當α∈(0,0.34)∪(0.67,1)時，系統進入超混沌狀態，

使用2D-LSCM對Logo圖像加密的具體過程為：

a-1.使用密鑰K₁作為2D-LSCM混沌映射的初值得到長度為P×Q的混沌序列；

a-2.將生成的混沌序列二值化，對比該序列中每個系數與平均值的大小，如果系數的值大于等于平均值，則記作1，否則記作0；

a-3.將二值化的混沌序列升維為P行Q列的二維二值混沌矩陣H，然后將H與Logo圖像L進行異或運算得到加密Logo圖像L_c＝{l_c(i,j),0≤i＜P,0≤j＜Q}，

L_c＝XOR(L,H) (13)