基于局部直方图特征的彩色图像水印方法
【专利摘要】本发明公开一种可有效抵抗去同步攻击的基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，按如下步骤进行：利用彩色图像的色彩特性与几何结构特性，建立彩色图像的颜色不变量模型；构造基于颜色不变量与概率密度的图像特征点检测器，从原始彩色图像中提取出稳定且均匀的特征点；利用概率密度二阶自相关矩阵的特征值与特征向量，构造椭圆形局部特征区域，将提取的特征点及筛选出的椭圆形局部特征区域映射回原始彩色图像上，提取出彩色仿射不变局部特征区域；提取彩色仿射不变局部特征区域的高位平面图像直方图，对所提取出的高位平面图像RGB分量分别进行直方图调整来嵌入水印信息。
【专利说明】基于局部直方图特征的彩色图像水印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字多媒体防伪和信息安全保护领域，尤其是一种可有效抵抗去同步攻击的基于局部直方图特征的彩色图像水印方法。
【背景技术】
[0002]伴随着网络技术与数字媒体技术的飞速发展，数字信息的传输与利用日益变得频繁与广泛，由于数字信息极易被无限制任意编辑、复制与散布，因此对数字作品的加密变得日益突出。数字水印(Digital Watermarking)作为传统加密方法的有效补充手段,是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新技术，近年来已引起人们高度重视，并已成为国际学术界研究的一个热点。所谓数字图像水印，就是将具有特定意义的标记(水印)，利用数据嵌入的方法隐藏在数字图像产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据，同时通过对水印的检测和分析保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。
[0003]去同步攻击并非指该种攻击能够从含水印对象中去除水印信息，而是指其能够破坏数字水印分量的同步(即改变水印嵌入位置)，从而导致检测器找不到有效水印。去同步攻击包括简单的全局仿射变换(旋转、缩放和平移)和较为复杂的一般性去同步攻击(剪切、纵横比转换、行列去除、局部仿射扭曲等)。截止到目前，人们主要采用五种措施设计抗去同步攻击的鲁棒图像水印方案，分别为穷举搜索、扩频水印扩频码相结合、构造同步不变量、同步校正、利用原始数据重要特征等。其中，穷举搜索方案具有计算量较大、虚警率较高等弱点；扩频水印扩频码相结合方案无法实现水印信息的盲检测；构造同步不变量方案尚无法有效抵抗诸如剪切、纵横比转换、局部仿射扭曲等较为复杂的一般性去同步攻击；同步校正方案存在水印容量受到限制、时间复杂度较高等弱点；现有利用原始数据特征的数字水印方案还很不成熟，普遍存在特征点稳定性差且分布极不均匀、彩色图像特征点检测算子匮乏、所构造的局部特征区域不具有完全仿射不变性、数字水印容量太小等问题。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可有效抵抗去同步攻击的基于局部直方图特征的彩色图像水印方法。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，其特征在于按如下步骤进行:
a.利用彩色图像的色彩特性与几何结构特性，建立彩色图像的颜色不变量模型；
b.构造基于颜色不变量与概率密度的图像特征点检测器，从原始彩色图像中提取出稳定且均匀的特征点；
c.利用概率密度二阶自相关矩阵的特征值与特征向量，构造椭圆形彩色放射不变局部特征区域，将b步骤提取的特征点及筛选出的椭圆形局部特征区域映射回原始彩色图像上，提取出彩色仿射不变局部特征区域；d.提取彩色仿射不变局部特征区域的高位平面图像直方图，对所提取出的RGB分量高位平面图像分别进行直方图调整来嵌入水印信息。
[0006]所述a步骤如下:
Kubelka-Munk理论描述了物体的光谱福射特性,其模型为:
【权利要求】
1.一种基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，其特征在于按如下步骤进行: a.利用彩色图像的色彩特性与几何结构特性，建立彩色图像的颜色不变量模型； b.构造基于颜色不变量与概率密度的图像特征点检测器，从原始彩色图像中提取出稳定且均匀的特征点； c.利用概率密度二阶自相关矩阵的特征值与特征向量，构造椭圆形彩色仿射不变局部特征区域，将b步骤提取的特征点及筛选出的椭圆形局部特征区域映射回原始彩色图像上，提取出彩色仿射不变局部特征区域； d.提取彩色仿射不变局部特征区域的高位平面图像直方图，对所提取出的RGB分量高位平面图像分别进行直方图调整来嵌入水印信息。
2.根据权利要求1所述的基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，其特征在于所述a步骤如下: Kubelka-Munk理论描述了物体的光谱福射特性，其模型为:
其中，I表示波长，?表示观测位置，β(足表示光谱强度，P,说表示?处的Fresnel反射系数，表示反射率，表示观测处的反射谱， 即为颜色不变量:
在符合人眼视觉系统和CIE1964IZZ标准的条件下，彩色图像的_分量和(￡￡,?￡〃:)的关系近似为
彩色图像的颜色不变量好可由式⑵与式⑶求得，进而得到原始彩色图像F的颜色不变量模型 U 二 {h(x, yll <x< Ml < I' < N}。
3.根据权利要求2所述基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，其特征在于所述b步骤如下: b.1构造基于颜色不变量与概率密度的图像特征点检测器:彩色图像的颜色不变量图像中每一点亮度的概率密度可以通过核函数估计得到，点处的亮度概率密度汽的估计值为:
其中ir是每一点概率密度的观测窗口，xi是以X力中心的窗口ir的一点，ci是图像中Xi点的亮度，I是图像空间中的带宽，&是亮度空间中的带宽，e是相应的标准化常数，勾，*^是核函数，根据式(4)推出各点概率密度梯度的估计公式为:
进一步求取各点概率密度的二阶导数:
以彩色图像的颜色不变量图像中各点概率密度的二阶导数/^、Pyy, /;为输入信息，构建以点軍^》为中心的局部区域，其在尺度Cr上的概率密度二阶Hessian矩阵#定义为:
然后，用框状滤波器近似代替概率密度二阶偏导，9x9的框状滤波器模版就是在尺度σ=0上的概率密度二阶偏导的近似，用凡^ Dxy’ 表示予以区分，得到概率密度二阶自相关矩阵^^,:
其中，
, 是矩阵的 Frobenius 范数， 概率密度二阶自相关矩阵M的行列式表示为:
其中￡^W表示在点項毛的周围区域的框状滤波响应值，用来进行极值点的检测； b.2从原始彩色图像中提取出稳定且均匀的特征点:通过寻找概率密度二阶自相关矩阵行列式的局部极大值及进一步去除边缘响应，得到稳定的特征点位置，具体: 对于某一尺度图像下的点爾4,利用概率密度二阶自相关矩阵在尺度空间的Taylor展开式:
对上式两端进行求导运算，计算导数为零时的极值点，最终得到稳定的特征点位置:
4.根据权利要求3所述基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，其特征在于所述c步骤如下: c.1通过公式(9)构建以特征点为中心的概率密度二阶自相关矩阵；其次，计算出概率密度二阶自相关矩阵ATjpss的特征值(Jl1，J1 )与特征向量(V1，1?);最后，根据的特征值与特征向量，进一步求得椭圆的长短半轴及方向角，构造出椭圆形局部特征区域，具体确定方法如下:
式中，次表示当前椭圆区域长轴，A表示当前椭圆区域短轴，6>卜为椭圆的方向角； C.2椭圆形局部特征区域的筛选:首先，对图像进行预攻击处理，记录图像经过各种预攻击处理后提取出的椭圆形局部特征区域；其次，结合图像预攻击处理结果选取稳定的椭圆形局部特征区域；最后，对所选取的椭圆形局部特征区域按照面积大小进行排序，选取面积大的局部特征区域作为最终保留区域； c.3彩色仿射不变局部特征区域的提取:将在颜色不变量图像上所提取的特征点及椭圆形局部特征区域映射回原始彩色图像上，构造出椭圆形仿射不变局部特征区域。
5.根据权利要求4所述基于局部直方图特征的彩色图像水印方法，其特征在于所述d步骤如下: d.1提取椭圆形仿射不变局部特征区域的高位平面图像直方图: d.1.1对每一个椭圆形仿射不变局部特征区域提取R分量和B分量的高6位位平面图像，用(X.V J和Df I χ ”表示;提取G分量的高7位位平面图像，用Uf (Jtjr)表示； d.1.2计算高位平面图像直方图: d.1.2.1计算R分量高6位位平面图像直方图 首先，在高位平面图像每江jr.)的灰度范围内选择一个灰度区间:βλ，其中，0〈h《公-1，然后，将高位平面图像的像素点分配到范围大小相等的bin中，计算每一个bin中所包含像素点的数量，高位平面直方图的计算方法可以表示为:
其中，< 是高位平面图像ji的直方图的向量表示，/“yso表明像素的数量在第..个bin中满足
高位平面图像直方图中bin的数量4可以通过 下面的公式获得:
其中，代表bin的宽度,那么第&个bin中所包含的像素范围为:
其中，? —1.2,3,...； ，换目之，若闻位平面图像￡i|(?j.+)中属于灰度范围 内的任意一像素位于第k Abin中，则Q的值可以通过下式确定:.—I ,
其中，U」是向下取整函数； d.1.2.2分别按d.1.2.1方法计算B分量高6位位平面图像直方图和计算G分量高7位位平面图像直方图；d.2调整高位平面图像(+x.rt及的像素值，在每个bin内嵌入一位水印信息: d.2.1调整高位平面图像的像素值:
其中，hR =\_AvJlj ' mod?是取模运算，是调整后的像素；d.2.2将调整后的RGB分量的高位平面图像
各自 与原来低位平面合并，得到三个分量的含水印局部特征区域，进一步可得含有水印信息的彩色局部特征区域<; d.3反复执行步骤d.1-d.2，直到所有椭圆形仿射不变局部特征区域，得到含水印彩色图像矿。
【文档编号】G06T1/00GK104077738SQ201310742936
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】牛盼盼, 王向阳, 杨红颖 申请人:辽宁师范大学