专利名称：基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入与盲检测方法
技术领域：
本发明涉及计算机图形学与多媒体信息安全技术领域，尤其涉及一种基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入与盲检测方法。
背景技术：
近年来，数字水印技术作为版权保护的有效技术手段之一，已成为多媒体领域的研究热点，并在信息交流中防止侵权发挥着重要的作用。但已有成果绝大部分都是针对静止图像、音频流和视频流，对于三维模型数字水印技术的研究成果较少。1997年，Ohbuchi等首次发表了关于三维模型数字水印技术的文章，开创了三维模型数字水印研究的先河。根据水印检测过程是否需要原始对象，分为非盲检测水印技术与盲检测水印技术。目前数字水印技术的研究主要集中在非盲检测水印技术方面，但由于在实际检测实施上，大多数不容易或不可能可信地获得原始数据，因而盲检测水印技术更具有理论价值和应用前景。同时，对三维模型数字水印技术具有较高的透明性要求，这包括两个方面，第一，知觉透明性，即数字水印的嵌入不会引起三维模型视觉质量的明显改变，人们的感知器官无法感知三维模型的变化；第二，使用透明性，即数字水印的嵌入不会影响三维模型的正常使用，这在计算机辅助设计中尤其重要。已有的三维模型数字水印嵌入与盲检测方法包括以下方法:利用图像水印中将水印加入到像素取值较低位这种思想，构造一组对各种变换操作都不变的参数向量空间，通过修改每个向量的相对长度嵌入水印。该方法可以较好的抵抗几何变换和仿射变换，但对于网格重建鲁棒性不足。利用顶点曲率寻找最大稳定分区，将水印重复嵌入到这些分区中。由于分区的稳定和重复嵌入保证了对剪切和简化的一定的鲁棒性，但分区的建立与模型拓扑有关，故鲁棒性不高。把模型转换到球面坐标系中，通过修改球面坐标的参数使其大于或小于一个固定值，再将模型转换回到原几何空间中。该方法直接对参数修改，修改的幅度较大，透明性很明显的不足。对原始模型进行规范化预处理并建立分区，然后选择部分分区并在同一分区嵌入同一位水印。该方法在建立分区时需要用到模型重心，对剪切不具有鲁棒性，而对于同一个分区都嵌入同一位水印将导致同一分区的部分嵌入基元的修改量较大，使其透明性不足。上述方法主要针对三维模型数字水印的鲁棒性，但三维模型对水印的嵌入很敏感，外观易受改变，甚至会有明显的视觉影响，这使得水印易被感知，直接影响到三维模型的视觉效果和应用。针对上述问题，为了更好地平衡三维模型数字水印方法鲁棒性与透明性之间的矛盾，有必要提供一种既具有较高鲁棒性，又具有较好透明性的基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入与盲检测方法。
发明内容
针对目前三维模型数字水印嵌入与盲检测方法对抗常见攻击如平移、旋转、缩放、顶点乱序、噪声、简化、量化存在的鲁棒性较弱和对三维模型形状改变较大导致的透明性较差的问题，本发明提供了一种基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入与盲检测方法，该方法不仅能抵抗三维模型常见的攻击如平移、旋转、缩放、顶点乱序、噪声、简化、量化，并且具有较高的鲁棒性，同时能有效降低水印嵌入对三维模型形状的影响，减少模型误差，提供较好的透明性。为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:一种基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入方法，所述方法包括:SI 1、用logistic混沌映射对水印信息进行调制，使水印信息处于混沌状态；S12、计算三维模型每个顶点Vi的均方根曲率波动值；S13、对顶点按波动值由小到大排序，对排序后的波动值序列根据水印位数L和水印嵌入次数num分成LXnum个区间Bi ；S14、对波动值序列进行区间内的单位化处理；S15、计算每个区间Bi的波动值平均值Davgi ；S16、通过修改Davgi嵌入水印；S17、通过迭代方法修改每个区间Bi中的模型顶点坐标，使该区间波动值均值Davgi满足为目标值Davg' iD作为本发明的进一步改进，所述步骤Sll具体为:用logistic混沌映射
权利要求
1.一种基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入方法，其特征在于，所述方法包括: 511、用logistic混沌映射对水印信息进行调制，使水印信息处于混沌状态； 512、计算三维模型每个顶点Vi的均方根曲率波动值； 513、对顶点按波动值由小到大排序，对排序后的波动值序列根据水印位数L和水印嵌入次数num分成LXnum个区间Bi ； 514、对波动值序列进行区间内的单位化处理； 515、计算每个区间Bi的波动值平均值Davgi； 516、通过修改Davgi嵌入水印； 517、通过迭代方法修改每个区间Bi中的模型顶点坐标，使该区间波动值均值Davgi满足为目标值Davg' i。
2.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述步骤Sll具体为: 用logistic混沌映射
3.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述步骤S12具体为: S121、计算三维模型每个顶点Vi的高斯曲率K和平均曲率H:
4.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述步骤S14具体为: 对波动值序列按照D' v= (Dv-Dmin)/((Dmax-Dmin))进行区间内的单位化处理，其中，Dmax、Dmin分别表示该区间内最大和最小的曲率波动值，经过单位化后的波动值分布在[O，I]之间。
5.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述步骤S16中“修改Davgi”具体包括: S161、若嵌入水印为1: S1611、初始化k=l ； S1612、计算新的波动值均值Davg'(Davgi)15 ； S1613、判断是否满足/.λη兄<0.5 + 0，若是，则k=k_ Δ k，返回执行步骤S1612，若否，修改结束，其中占为嵌入水印的强度； S 162、若嵌入水印为O，则 S1621、初始化k=l ； S1622、计算新的波动值均值Davg'(Davgi)15 ； S1623、判断是否满足>0.5+ 9，若是，则k=k+ Δ k，返回执行步骤S1622，若否，修改结束。
6.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述步骤S17具体为: S171、对区间Bi,计算该区间顶点均方根曲率的波动值均值Davgi并与目标值Davg'i比较，若Davgi ( Davg ' i,则对区间内的顶点Vj= (xJy yJy Zj)，修改其坐标:Xj=Xj+ Δ P，Yj=Yj+ Δ P, Zj=Zj+ Δ P ;若Davgi > Davg1 i ,则对区间内的顶点Vj= (x」，y」，Zj),修改其坐标:Xj_Xj_Ap, Yj-yj— Δp, Zj-Zj _ Δρ。
S172、反复执行步骤S171，直到区间Bi中顶点的均方根曲率的波动值均值Davgi满足Davg1-Davg;< ICT5 为止。
7.—种如权利要求1所述的基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入方法的盲检测方法，其特征在于，所述方法包括: S21、计算三维模型每个顶点Vi的均方根曲率波动值； S22、对顶点按波动值由小到大排序，对排序后的波动值序列根据水印位数L和水印嵌入次数num分成LXnum个区间Bi ； S23、对波动值序列进行区间内的单位化处理；S24、计算每个区间Bi的波动值平均值Davgi； S25、提取区间Bi中的水印数据； S26、确定最终水印数据； S27、验证水印相关性。
8.根据权利要求7所述的水印盲检测方法，其特征在于，所述步骤S25中提取区间Bi中的水印数据的公式为:
9.根据权利要求7所述的水印盲检测方法，其特征在于，所述步骤S26具体为: 对步骤S25中提取的水印数据进行相应位的统计,令j=i mod L, mod为求余计算，i=0, l，...，LXnum-l，gw'』为I的数目多于为O的数目，则wf = I，反之wf = O，进而提取出长度为L的最终水印数据=
10.根据权利要求7所述的水印盲检测方法，其特征在于，所述步骤S27具体为: 计算提取出的水印与原始水印的相关值并与给定的阈值比较，如果相关值大于给定的阈值，则判定待检测模型中存在原始水印；否则判定待检测模型中不存在原始水印，所述相关值计算公式为:
全文摘要
本发明提供了一种基于顶点曲率的三维模型数字水印嵌入与盲检测方法，水印嵌入方法包括对水印信息进行调制，使水印信息处于混沌状态；计算三维模型每个顶点的均方根曲率波动值；对顶点按波动值由小到大排序，对排序后的波动值序列根据水印位数和水印嵌入次数分成若干区间；对波动值序列进行区间内的单位化处理；计算每个区间的波动值平均值Davgi；通过修改Davgi嵌入水印；通过迭代方法修改每个区间中的模型顶点坐标。本发明不仅能抵抗三维模型常见的攻击如平移、旋转、缩放、顶点乱序、噪声、简化、量化，并且具有较高的鲁棒性，同时能有效降低水印嵌入对三维模型形状的影响，减少模型误差，提供较好的透明性。
文档编号G06T1/00GK103198448SQ201310126150
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者詹永照, 王新宇, 李燕婷 申请人:江苏大学