抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法
【专利摘要】本发明涉及抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，可有效解决在原始投影信息未知的情况下，能够完整检测出水印版权标识，提高水印检测的执行效率和准确率的问题，输入含有版权标识的二值图像作为水印，加密处理，然后转化为一维水印编码序列；输入待嵌入水印的矢量地图数据，按照文件存储顺序，依次提取线状要素；对水印进行扩频处理；对线状要素进行折线正变换，将定位点用长度变量和角度变量表示；对线状要素定位点的角度变量嵌入水印；对线状要素进行折线逆变换，将线状要素定位点还原到平面坐标表示形式；对含有水印信息的矢量地图数据进行水印检测，本发明方法简单，易操作，提高水印检测效率，确保矢量地图的安全应用。
【专利说明】抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地理信息科学、信息隐藏领域，特别是一种抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法。
【背景技术】
[0002]矢量地图数据是国家重要的基础设施，网络的发展扩大了矢量地图数据的应用范围，但随之而来的安全问题严重限制了矢量地图数据的应用。矢量地图数据的获取过程十分复杂，需要消耗大量的人力、物力、财力，数据拷贝的便捷性给矢量地图数据的版权带来极大的威胁，因此数据版权保护成为扩大矢量地图数据应用范围的关键环节。数字水印技术是保护数据版权的前沿技术，利用数据的冗余性，在保证数据可用性的条件下，将版权标识信息嵌入到数据冗余部分。
[0003]用于版权保护的数字水印方法应当具有较高的鲁棒性，确保在遭受各种常见攻击的情况下，数据中的水印信息不被破坏。常见的攻击方式包括恶意攻击和善意攻击:恶意攻击是指数据非法发布者为了逃避版权责任，采用某种特殊处理将数据中的版权标识水印去除或者破坏的操作；善意攻击是指数据合法拥有者为了完成任务对数据进行的某些合理的操作，包括裁减和拼接、数据更新、数据压缩、格式转换、投影变换等，这些合理的操作在一定程度上会对版权标识水印造成破坏。
[0004]投影变换是矢量地图数据的一种主要处理方式，投影变换后数据的绝对坐标和相对坐标都会发生较大变化，数据中的水印信息会遭受严重破坏。现有的水印方法都不能够直接从投影后的数据中检测出水印标识，通常的处理方式是将含水印数据反变换至嵌入水印时的投影下，然后再利用水印检测方法对水印进行检测。
[0005]虽然上述方法在一定程度上能够检测出水印标识，但是由于投影模型、参数选取的不同，多次投影会对数据精度造成损失，在一定程度上会影响水印检测；将数据反变换至原投影下，会大大降低水印检测的执行效率；另外，大多数情况下，水印检测者无法获取原始投影信息，也就无法从投影变换后的数据中检测出水印，执行效率低，准确率低。因此设计一种能够在原始投影信息未知情况下，仍然能够正确检测水印的水印方法成为目前的迫切需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法(或称:抗矢量地图数据投影变换攻击的鲁棒水印方法)，可有效解决，在原始投影信息未知的情况下，能够完整检测出水印版权标识；检测水印时不需要做反投影变换，从而提高水印检测的执行效率和准确率的问题。
[0007]本发明解决的技术方案是，包括以下步骤:
[0008](I)输入含有版权标识的二值图像作为水印，进行加密处理，将加密后的图像转化为一维水印编码序列；[0009](2)输入待嵌入水印的矢量地图数据，按照文件存储顺序，依次提取线状要素；
[0010](3)对水印进行扩频处理；
[0011](4)对每条线状要素进行折线正变换，将定位点用长度变量和角度变量表示；
[0012](5)采用条带调制方案对线状要素定位点的角度变量嵌入水印；
[0013](6)对线状要素进行折线逆变换，将线状要素定位点还原到平面坐标表示形式；
[0014](7)重复步骤(4)-(6)完成对所有线状要素的水印嵌入；
[0015](8)利用水印检测方法，对含有水印信息的矢量地图数据进行水印检测。
[0016]本发明方法简单，易操作，能够有效抵抗等角投影变换攻击，提高水印检测效率，在原始投影信息未知的情况下完整检测出水印信息，确保矢量地图的安全应用，有很强的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的框示流程图。 [0018]图2为本发明的水印嵌入框示流程图。
[0019]图3为本发明的水印提取框示流程图。
[0020]图4为本发明的折线变换原理图。
[0021]图5为本发明延拓方式的水印扩频示意图。
[0022]图6为本发明的嵌入水印后坐标改变量分布图,其中:图6(a)是χ坐标改变量分布，图6 (b)是y坐标改变量分布。
[0023]图7为本发明的原始水印图像和遭受攻击后提取的水印效果图，其中:图7(a)是原始水印图像，其中:图7(b)、(c)、(d)和(e)分别为水印数据遭受Lambert投影变换攻击、墨卡托投影变换攻击、旋转攻击和平移攻击后提取的水印效果图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细描述。
[0025]由图1-图3给出，本发明是一种抗等角投影变换矢量数据数字水印方法，该方法总体分为两个方面:A.矢量地图数据水印的嵌入；B.矢量地图数据水印的检测，其中:
[0026]A、矢量地图数据水印嵌入方法，步骤如下:
[0027](I)输入含有版权标识的二值图像作为水印信息，对水印图像进行加密处理，采用Arnold变换的加密方法，进行加密处理:
[0028]①原始水印信息为长宽大小均为J的二值图像，首先根据J的大小计算出Arnold变换的最佳变换次数I及变换周期R，将Ic1 =】和k2 = R-1作为密钥保存，在检测水印时作为检测密钥；
[0029]②对二值图像做I次Arnold变换；
[0030]③按行提取变换后的二值图像的像素值，生成一维水印编码序列WO ；
[0031](2)输入待嵌入水印的矢量地图数据线状要素图层，依次提取线状要素L1, L2,...，Ln, η为线状要素的数量；
[0032](3)对水印编码序列采用延拓的方式进行扩频处理，如图4所示，得到扩频后的水
η
印数组W{w[i] I i = 1，2，3，...，Μ}，M为扩频后水印序列长度，且1 = Σ"ζ/ —，η为线状
/=1要素的数量，Ini是第i个线状要素上定位点个数,将k3 = M保存为密钥；
[0033](4)选择第i个线状要素LiKxijJij) |j = 1，2，...，!^}，对1^进行折线正变换，将线状要素的表达方式由平面直角坐标形式转化为长度变量和角度变量的表达形式LiKlenij, Θ Jj) I j = 1，2，...，mj ,其中(Xij, Yij)是指第i个线状要素上第j个定位点的平面直角坐标，(Ienij, θ υ)是Li上第j个定位点的长度和角度表达形式，Ini是Li上定位点个数；
[0034]如图3所示，折线正变换的方法是:
[0035]①提取第i个线状要素Li上的第j个定位点Pij (Xij, Yij)，Xij和yu分别是第j个定位点的横坐标和纵坐标；
[0036]②计算Pu点对应的长度变量lenu，计算公式入下:
【权利要求】
1.一种抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于，包括矢量地图数据水印的嵌入和矢量地图数据水印的检测，步骤如下: (1)输入含有版权标识的二值图像作为水印，进行加密处理，将加密后的图像转化为一维水印编码序列； (2)输入待嵌入水印的矢量地图数据，按照文件存储顺序，依次提取线状要素； (3)对水印进行扩频处理； (4)对每条线状要素进行折线正变换，将定位点用长度变量和角度变量表示； (5)采用条带调制方案对线状要素定位点的角度变量嵌入水印； (6)对线状要素进行折线逆变换，将线状要素定位点还原到平面坐标表示形式； (7)重复步骤(4)~(6)完成对所有线状要素的水印嵌入； (8)利用水印检测方法，对含有水印信息的矢量地图数据进行水印检测。
2.根据权利要求1所述的抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于:所述的步骤(1)中的加密处理，方法是: ①原始水印信息为长宽大小均为J的二值图像，首先根据J的大小计算出Arnold变换的最佳变换次数I及变换周期R，将Ic1 = J和k2 = R-1作为密钥保存，在检测水印时作为检测密钥； ②对二值图像做I次Arnold变换； ③按行提取变换后的二值图像的像素值，生成一维水印编码序列W0。
3.根据权利要求1所述的抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于:所述的步骤(3)中的扩频处理，方法是，对水印编码序列采用延拓的方式进行扩频处理，得到扩频后的水印数组W{w[i] |i = 1,2, 3，...，M}，M为扩频后水印序列长度，且
M = ∑h -2" η为线状要素的数量，Hii是第i个线状要素上定位点个数,将k3 = M保存为密钥。
4.根据权利要求1所述的抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于:所述的步骤(4)中的折线正变换，方法是: ①提取第i个线状要素Li上的第j个定位点Pu(XiJ, Yij)，Xij和分别是第j个定位点的横坐标和纵坐标； ②计算Pu点对应的长度变量lenu，计算公式为:
5.根据权利要求1所述的抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于:所述的步骤(6)中的折线逆变换，方法是: ①提取第i个线状要素上的第j个定位点Pijdenij,Θ，tj)，Ienij和Θ，^分别是第j个定位点的长度变量和角度变量； ②计算Pu的方向角度σ' u，计算公式为:
6.根据权利要求1所述的抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于:所述的步骤(5)中的条带调制方案嵌入水印方法为: 水印嵌入从线状要素的第三个定位点开始执行，每个定位点依次嵌入一个水印位，将水印其纳入到定位点的角度变量中:当定位APu嵌入水印值为I时，修改定位点Pu的角度变量Θ ,j,使修改后的角度变量Θ ' ^满足Θ ' ijmod δ = 3 δ /4 ;当嵌入水印值为O时，修改定位点度变量Qu，使修改后的角度变量Θ ' u满足Θ ' ijmod δ = δ/4，δ是水印嵌入强度； 为减小角度的修改量，要控制水印嵌入导致的误差累积，且满足水印嵌入后对尾部数据分布的要求，按公式修改定位点Pu的角度变量Θ ,j尾部数据:
7.根据权利要求1所述的抗等角投影变换矢量地图数据数字水印方法，其特征在于:包括A.矢量地图数据水印的嵌入；B.矢量地图数据水印的检测，其中: A、矢量地图数据水印嵌入方法，步骤如下: (1)输入含有版权标识的二值图像作为水印信息，对水印图像进行加密处理，采用Arnold变换的加密方法，进行加密处理: ①原始水印信息为长宽大小均为J的二值图像，首先根据J的大小计算出Arnold变换的最佳变换次数I及变换周期R，将Ic1 = J和k2 = R-1作为密钥保存，在检测水印时作为检测密钥； ②对二值图像做I次Arnold变换； ③按行提取变换后的二值图像的像素值，生成一维水印编码序列WO； (2)输入待嵌入水印的矢量地图数据线状要素图层，依次提取线状要素L1,L2,, Ln,η为线状要素的数量； (3)对水印编码序列采用延拓的方式进行扩频处理，如图4所示，得到扩频后的水印数
组W{w[i] |i = I, 2, 3,...,M}, M为扩频后水印序列长度,且
【文档编号】G06T1/00GK103985080SQ201410230657
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】杨辉, 闵连权, 侯翔 申请人:中国人民解放军信息工程大学