基于不变矩和局部区域的数字水印算法的研究

摘要

数字水印技术是将一些标志信息(即数字水印)嵌入到数字载体(包括图像、音频、视频等)中,用来证明载体的所有者,信息将既不影响载体的使用,也不易失去。这就要求数字水印应该具有两个方面的性能:一个是鲁棒性,即数字水印的稳健性,指水印在受到各种攻击后利用相应的检测方法能够检测到水印信息的存在；二个是不可感知性,指嵌在作品中的水印应不易被察觉,这两个性能是相互矛盾的。这就要求设计出一种水印算法,既保证一定量的水印嵌入,又不影响数字载体的使用。本文就是针对这样的问题提出来的以图像为载体的数字水印算法设计。
　　 微小的几何攻击(旋转、剪切和缩放)就能够使图像的水印遭到破坏,导致水印的检测失败,因此,设计出一种能够抵抗几何攻击的数字水印成为了水印研究的一个新方向。本文通过对现有的数字水印文献进行深入研究和对Zemike矩、伪Zernike矩、Harris算子、SIFT算子进行研究,层层深入得到性能逐渐提升的水印算法,并分别给出了每种算法的仿真结果和性能分析,从而解决了多数原有算法无法解决的问题。
　　 本文主要做出了如下的研究工作:
　　 1.以伪Zernike矩理论、图像归一化技术和Harris特征提取为基础提出了一种可以有效抵抗几何攻击的数字水印新方案。该方案首先利用水印图像进行归一化(即让他映射到几何不变空间内),然后利用伪Zernike的RST不变性对其重构,得到重构后的图像嵌入到使用Harris提取出来一定数量的特征区域内,检测时只需能够检测到两个及其两个以上的区域有数字水印,就可以确定原图像具有水印信息。仿真实验结果表明,该数字图像水印方案不仅具有良好的透明性,而且具有较强的抵抗常规信号处理、几何攻击、联合攻击等能力,整体性能优于Zernike矩图像水印方案[9]。
　　 2.以SIFT算子、伪Zemike矩和图像的归一化技术为理论依据,主要是利用SIFT算子在特征提取和匹配方面的优越性,提出了一种基于图像特征的可有效抵抗几何攻击、联合攻击的数字水印新算法。该算法首先利用伪Zemike矩对水印图像进行重构,得到图片大小不同的水印库,利用SIFT算子从载体图像中提取出稳定的特征点,然后根据特征尺度选择半径在一定范围内的区域,最后在水印库中选取和特征区域大小吻合的重构图像自适应地嵌入到载体图像中,检测时,利用SIFT特征匹配,得到和原始嵌入水印各区域相匹配的带水印图像区域,再根据一定的检测算法检测出水印信息。仿真实验表明,该算法不仅具有较好的透明性,而且对常规的信号处理、几何攻击和联合攻击都具有很好的鲁棒性。