专利名称：基于图像特征区域的水印嵌入、检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种基于图像特征区域的水印嵌入方法及 其装置，以及一种基于图像特征区域的水印检测方法及其装置。
背景技术：
网页浏览器的出现使得国际互联网(Internet)变得对用户友好起来，人们更乐于 在网上下载图片、音乐和视频。由于其廉价、不需要仓库和库存，而且交易几乎是瞬间 完成，因此Internet成了一个优秀的数字媒体发行系统。由于网络加速了数字媒体的传 播，侵权行为(非法复制、盗版、随意篡改)变得日益猖獗，这引起了内容拥有者，尤 其是大型电影制片厂和音乐录制棚的对盗版风险性的高度关注。为了保护他们的合法权 益，必须采取措施对数字产品的版权进行保护。
作为解决数字产品版权保护的新技术，数字水印越来越引起人们的关注，并且 具有广阔的应用前景。目前数字水印虽然在某些特定领域有一些商业应用，但是由于数 字水印技术还不够完善，限制了其大规模应用。对于应用于图像的数字水印(以下简称 图像水印)而言，除了安全性、盲检测性、随机检测性、实时性等技术上的要求外，图 像水印还需要解决的核心问题是图像水印的鲁棒性。
已有的图像水印技术虽然可以抵抗诸如加噪、滤波和压缩等常规图像处理，而 对于几何攻击，如局部弯曲等仍然缺乏鲁棒性。几何攻击破坏了载体和水印之间的同 步性，虽然载体中仍然含有水印，但是由此产生的同步误差使得检测器无法正确提取水 印，因而无法验证图像的合法性。
为了解决图像水印的鲁棒性问题，目前提出了第二代水印技术。第二代水印 技术是基于图像特征的水印技术，在一定程度上解决了几何攻击下的数字水印鲁棒性问 题。但是现有第二代水印系统没有考虑水印嵌入对于水印系统鲁棒性的影响，而水印嵌 入会给图像带来类似于高斯分布的噪声，这些噪声对一些噪声敏感的特征点、特征区域 提取算法造成较大影响，因此会导致第二代水印系统中，水印嵌入区域和检测区域不匹 配，从而导致无法识别水印。发明内容
本发明实施例提供了基于图像特征区域的水印嵌入、检测方法及其装置，用以 解决现有图像水印技术中因水印嵌入区域和检测区域不匹配而导致水印检测率低的问题。
本发明实施例提供的技术方案包括
一种基于图像特征区域的水印嵌入方法，包括以下步骤
通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测出该图像的 特征区域；
从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其外围环绕的 水印嵌入区域互不重叠；
分别环绕选取出的各特征区域嵌入水印。
一种基于图像特征区域的水印嵌入装置，包括
检测模块，用于通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测， 检测出该图像的特征区域；
选取模块，用于从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并 且选取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域 及其外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；
嵌入模块，用于分别环绕选取出的各特征区域嵌入水印。
一种基于图像特征区域的水印检测方法，包括以下步骤
通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测出该图像的 特征区域；
从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选取出的每个 特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其外围环绕的 水印嵌入区域互不重叠；
分别从选取出的各特征区域各自外围环绕的水印嵌入区域中提取水印。
一种基于图像特征区域的水印检测装置，包括
检测模块，用于通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测， 检测出该图像的特征区域；
选取模块，用于从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并 且选取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域 及其外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；
提取模块，用于分别从选取出的各特征区域各自外围环绕的水印嵌入区域中提 取水印。
本发明的上述实施例中，在嵌入水印之前，选取出相对稳定和平坦的特征区 域，并且选取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特 征区域及其外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；在嵌入水印时，将水印分别嵌入选取出 的各特征区域的外围。可以看出，水印被嵌入的区域互不重叠，并且对应的特征区域 具有较好的稳定性和平坦性，在这样的区域嵌入水印可以使嵌入的水印具有较好的鲁棒 性，进而可以提高水印嵌入区域与检测区域的匹配程度。另外，将水印环绕特征区域进 行嵌入，可以保证水印的嵌入没有影响到特征区域的提取，因而与现有水印嵌入技术中 将水印直接嵌入到特征区域相比，可减少对特征区域提取过程的影响，提高水印的鲁棒 性，提高水印的检测率。
图1为本发明实施例中的基于图像特征区域的水印嵌入流程示意图2为本发明实施例中的不相重叠区域的选取流程示意图3为本发明实施例中的水印嵌入流程示意图4为本发明实施例中的基于图像特征区域的水印检测流程示意图5为本发明实施例中的图像水印嵌入流程示意图6为本图5流程中水印、特征区域变换示意图7为本发明实施例中的水印嵌入装置的结构示意图8为本发明实施例中的水印检测装置的结构示意图。
具体实施方式
针对现有图像水印技术存在的上述问题，本发明实施例对于现有基于图像特征 区域的水印技术进行了改进，提高了水印嵌入区域和检测区域的匹配程度，并进而提高 了水印的鲁棒性，以及水印检测率和识别率。
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
参见图1，为本发明实施例提供的基于图像特征区域的水印嵌入流程示意图，该 流程包括
步骤101、通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，提取出 特征区域，并将提取出的这些特征区域作为嵌入水印的候选区域。
步骤102、从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选取 出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其外 围环绕的水印嵌入区域互不重叠。
步骤103、分别环绕选取出的各特征区域嵌入水印。
图1所示流程的步骤101中，所采用的尺度和仿射不变特征区域检测方法是利用 仿射不变点检测算子来提取特征点并构造出特征区域，对于一个图像来说，这样的特征 区域可以有多个。目前已有多种算法可实现尺度和仿射不变特征区域的检测，如Harris、 多尺度Harris-Laplace检测算子等。本发明实施例采用何种尺度和仿射不变特征区域检测 算法来提取特征区域，并不对本发明的保护范围有所限制。
图1所示流程的步骤102中，所选取出的特征区域是特征点相对稳定，而且区域 纹理相对简单，并且彼此不相交或不相重叠的区域，环绕这样的区域嵌入水印可以使嵌 入的水印具有较好的鲁棒性。为了根据候选的特征区域中选取出适合水印嵌入的区域， 本发明实施例中针对候选的特征区域引入了 RFM(Repeatability and Flatness Measure,稳 定性和平坦性评价)参数，用于表征相应区域的稳定性和平坦性。每个特征区域都能够 计算出各自的RFM。针对一个特征区域，其RFM的计算公式如下
权利要求
1.一种基于图像特征区域的水印嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测出该图像的特征 区域；从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选取出的每个特征 区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其外围环绕的水印 嵌入区域互不重叠；分别环绕选取出的各特征区域嵌入水印。
2.如权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，选取所述特征区域，包括步骤确定每个特征区域的稳定性和平坦性；从未被遍历过的特征区域中最稳定和平坦的区域开始进行遍历，直到遍历完所有的 特征区域；其中，针对遍历到的每个特征区域，执行以下步骤确定当前特征区域外围 环绕的水印嵌入区域，如果该水印嵌入区域及其所包围的区域与被标记为水印所在区域 的区域不相交，则将该水印嵌入区域及其所包围的区域标记为水印所在区域；在遍历完成后，将标记为水印所在区域的区域所对应的特征区域，选取为所述特征 区域。
3.如权利要求2所述的水印嵌入方法，其特征在于，确定特征区域的稳定性和平坦 性，包括以下步骤根据特征区域的梯度值归一化出表征特征区域稳定性的参数； 根据所述图像在特征区域的特征点的各方向上的导数，以及该特征区域的象素数归 一化出表征特征区域平坦性的参数；将特征区域的稳定性参数和平坦性参数归一为表征该特征区域稳定性和平坦性的参数。
4.如权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，根据特征区域的梯度值归一化出 特征区域的稳定性参数，采用如下公式稳定性参数
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，归一化出特征区域的平坦性参数，包括计算360°范围内地所述图像在特征区域的特征点的多个方向上的导数之和； 用导数之和除以该特征区域的像素点总数，得到所述特征区域的平坦性参数。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，归一化表征特征区域稳定性和平坦性的参 数值，采用如下公式RFM =稳定性参数- λ X平坦性参数其中，RFM为归一后的稳定性和平坦性评价参数，λ为设定的常数。
7.如权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，环绕选取出的特征区域嵌入水 印，包括步骤将当前特征区域规整为正圆形，以该正圆形的圆心为圆心、第一半径为内半径、第 二半径为外半径得到圆环区域，其中，第一半径大于所述正圆形的半径，第二半径大于第一半径；将二维水印规整为与所述圆环区域的形状、大小、梯度相适应的二维水印； 将规整后的二维水印嵌入到所述圆环区域。
8.—种基于图像特征区域的水印嵌入装置，其特征在于，包括检测模块，用于通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测 出该图像的特征区域；选取模块，用于从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选 取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其 外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；嵌入模块，用于分别环绕选取出的各特征区域嵌入水印。
9.如权利要求7所述的水印嵌入装置，其特征在于，所述选取模块选取特征区域时， 确定每个特征区域的稳定性和平坦性；从未被遍历过的特征区域中最稳定和平坦的区域 开始进行遍历，直到遍历完所有的特征区域；其中，针对遍历到的每个特征区域，执行 以下步骤确定当前特征区域外围环绕的水印嵌入区域，如果该水印嵌入区域及其所包 围的区域与被标记为水印所在区域的区域不相交，则将该水印嵌入区域及其所包围的区 域标记为水印所在区域；在遍历完成后，将标记为水印所在区域的区域所对应的特征区 域，选取为所述特征区域。
10.如权利要求9所述的水印嵌入装置，其特征在于，所述选取模块确定特征区域的 稳定性和平坦性时，根根据特征区域的梯度值归一化出表征特征区域稳定性的参数；根 据所述图像在特征区域的特征点的各方向上的导数，以及该特征区域的象素数归一化出 表征特征区域平坦性的参数；将特征区域的稳定性参数和平坦性参数归一为表征该特征 区域稳定性和平坦性的参数。
11.一种基于图像特征区域的水印检测方法，其特征在于，包括以下步骤通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测出该图像的特征 区域；从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选取出的每个特征 区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；分别从选取出的各特征区域各自外围环绕的水印嵌入区域中提取水印。
12.如权利要求11所述的水印检测方法，其特征在于，选取所述特征区域，包括步骤确定每个特征区域的稳定性和平坦性；从未被遍历过的特征区域中最稳定和平坦的区域开始进行遍历，直到遍历完所有的 特征区域；其中，针对遍历到的每个特征区域，执行以下步骤确定当前特征区域外围 环绕的水印嵌入区域，如果该水印嵌入区域及其所包围的区域与被标记为水印所在区域 的区域不相交，则将该水印嵌入区域及其所包围的区域标记为水印所在区域；在遍历完成后，将标记为水印所在区域的区域所对应的特征区域，选取为所述特征 区域。
13.如权利要求12所述的水印检测方法，其特征在于，确定特征区域的稳定性和平坦 性，包括以下步骤根据特征区域的梯度值归一化出表征特征区域稳定性的参数； 根据所述图像在特征区域的特征点的各方向上的导数，以及该特征区域的象素数归 一化出表征特征区域平坦性的参数；将特征区域的稳定性参数和平坦性参数归一为表征该特征区域稳定性和平坦性的参数。
14.如权利要求11所述的水印检测方法，其特征在于，从特征区域外围环绕的水印嵌 入区域中提取水印，包括步骤将当前特征区域规整为正圆形，以该正圆形的圆心为圆心、第一半径为内半径、第 二半径为外半径得到圆环区域，其中，第一半径大于所述正圆形的半径，第二半径大于 第一半径；从所述圆环区域中提取出水印。
15.—种基于图像特征区域的水印检测装置，其特征在于，包括检测模块，用于通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测 出该图像的特征区域；选取模块，用于从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选 取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其 外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；提取模块，用于分别从选取出的各特征区域各自外围环绕的水印嵌入区域中提取水印。
16.如权利要求15所述的水印检测装置，其特征在于，所述选取模块选取特征区域 时，确定每个特征区域的稳定性和平坦性；从未被遍历过的特征区域中最稳定和平坦的 区域开始进行遍历，直到遍历完所有的特征区域；其中，针对遍历到的每个特征区域， 执行以下步骤确定当前特征区域外围环绕的水印嵌入区域，如果该水印嵌入区域及其 所包围的区域与被标记为水印所在区域的区域不相交，则将该水印嵌入区域及其所包围 的区域标记为水印所在区域；在遍历完成后，将标记为水印所在区域的区域所对应的特 征区域，选取为所述特征区域。
17.如权利要求16所述的水印检测装置，其特征在于，所述选取模块确定特征区域的 稳定性和平坦性时，根据特征区域的梯度值归一化出表征特征区域稳定性的参数；根据 所述图像在特征区域的特征点的各方向上的导数，以及该特征区域的象素数归一化出表 征特征区域平坦性的参数；将特征区域的稳定性参数和平坦性参数归一为表征该特征区 域稳定性和平坦性的参数。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像特征区域的水印嵌入、检测方法及其装置，其中，水印嵌入方法包括通过对去噪滤波后的图像进行尺度和仿射不变特征区域检测，检测出该图像的特征区域；从检测出的特征区域中选取出相对稳定和平坦的特征区域，并且选取出的每个特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域，与选取出的其他任一特征区域及其外围环绕的水印嵌入区域互不重叠；分别环绕选取出的各特征区域嵌入水印。采用本发明，可提高水印嵌入区域与检测区域的匹配性，提高水印的检测率及鲁棒性。
文档编号G06T1/00GK102024244SQ20091009249
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者王祥, 郭宗明 申请人:北京北大方正电子有限公司, 北京大学, 北大方正集团有限公司