一种抗几何攻击的鲁棒可逆水印方法

摘要

本发明公开了一种抗几何攻击的鲁棒可逆水印方法，将图片按照像素值分成嵌鲁棒水印和嵌可逆水印两部分；对嵌入鲁棒水印部分腐蚀、膨胀，求出两个最大连通区域，求出两区域质心及两质心连线的斜率；嵌入鲁棒水印，在鲁棒水印中寻找距离最远的两个点，将两点间的部分用斜率直线分块，块数与嵌入容量相同；计算每块的平均像素值，用量化的方法嵌入水印信息，增大像素值满足量化要求，并记录每部分修改的值diff，用位图记录溢出点；嵌入可逆水印，将两个点的坐标，每部分修改的值diff和位图用PVO的方法嵌入可逆水印中。本发明避免了图像的失真感，并保证了在未受到攻击时能正确提取信息并恢复原图，在受到攻击时有较高的准确性提取信息。

说明书

技术领域

本发明属于数字水印技术领域，尤其涉及一种抗几何攻击的鲁棒可逆水印。

背景技术

近些年来，在军事、医学、遥感图像处理等领域中，学者对于原始图像进行分析和研究，通过调整人眼对于图像中不敏感区域的信息，提出了可逆水印技术。在提取水印之后，原始图像可以被准确无误的恢复。但是，在现实应用及传输过程中，图像往往受到各种几何攻击(如：缩放、旋转)。传统的鲁棒可逆水印算法大致分为两类：第一类，两步嵌入。先将鲁棒水印嵌入图像I得到I2，再把I2与I的差用可逆水印的方法嵌入I2，得到最终的水印图像I3；第二类，利用直方图平移技术进行水印嵌入。但这两种方法都不能抵抗几何攻击。受到几何攻击后，水印信息无法提取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗几何攻击的鲁棒可逆水印，旨在解决传统的鲁棒可逆算法不能抵抗几何攻击；受到几何攻击之后，无法恢复原图片，水印无法提取的问题。

本发明是这样实现的，一种抗几何攻击的鲁棒可逆水印，所述抗几何攻击的鲁棒可逆水印将图片按照像素值分成两部分，一部分用来嵌鲁棒水印，另一部分用来嵌可逆水印；对嵌入鲁棒水印部分进行腐蚀、膨胀操作，求出两个最大连通区域，求出两区域的质心及两质心连线的斜率；

嵌入鲁棒水印，在鲁棒水印中寻找距离最远的两个点，将两点间的部分用斜率直线分块，块数与嵌入容量相同；计算每块的平均像素值，用量化的方法嵌入水印信息，增大像素值满足量化要求，并记录每部分修改的值diff，用位图记录溢出点；

嵌入可逆水印，将两个点的坐标，每部分修改的值diff和位图用PVO的方法嵌入可逆水印中。

进一步，所述嵌鲁棒水印为像素值较大的60％；嵌可逆水印为像素值较小的40％。

进一步，所述抗几何攻击的鲁棒可逆的水印嵌入方法包括以下步骤：

步骤一，分割图片，将原图按照像素值分成两部分，一部分用来嵌鲁棒水印I1，另一部分用来嵌可逆水印I2；

步骤二，寻找质心，对I1进行腐蚀、膨胀操作，得到I3；在I3中寻找面积最大的两个连通域，并求质心P1、P2，求两质心连线L的斜率k；

步骤三，嵌入鲁棒水印：在I1中寻找距离L最远的两个点P3、P4，将I1两点间的部分用斜率为k的直线分块，块数与嵌入容量相同；计算每块的平均像素值，用量化的方法嵌入水印信息，增大像素值满足量化要求，并记录每部分修改的值diff，用位图记录溢出点；

步骤四，嵌入可逆水印：将P1、P2坐标，每部分修改的值diff和位图用PVO的方法嵌入I2中。

进一步，未受到攻击时水印的提取方法包括以下步骤：

(1)分割图片：将原图按照像素值分成两部分，一部分用来提取鲁棒水印IW1，另一部分用来提取可逆水印IW2；得到用来提取鲁棒水印IW1和提取可逆水印IW2；

(2)提取可逆水印，在IW2中用PVO的方法提取出质心坐标、每部分修改的值diff_ex和位图；

(3)提取鲁棒水印，在IW1中寻找距离L最远的两个点P3、P4，将I1两点间的部分用斜率为k的直线分块，块数与嵌入容量相同；用量化的方法提取鲁棒水印信息；

(4)恢复原图：根据diff_ex和位图，在相应的块中减去diff_ex的值。

进一步，受到攻击时水印的提取方法包括以下步骤：

1)分割图片：将原图按照像素值分成两部分，一部分用来提取鲁棒水印IW1，另一部分用来提取可逆水印IW2；得到用来提取鲁棒水印IW1和提取可逆水印IW2；

2)寻找质心：对IW1进行腐蚀、膨胀操作，得到IW3；在IW3中寻找面积最大的两个连通域，并求质心IWP1、IWP2，求两质心连线L的斜率IWK；

3)提取鲁棒水印：利用得到的IWP1、IWP2和斜率IWK将IW1分块；得到每块的平均像素值，用量化的方法提取水印信息。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述抗几何攻击的鲁棒可逆的数字水印处理系统。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述抗几何攻击的鲁棒可逆的医学影像的图像处理系统。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述抗几何攻击的鲁棒可逆的遥感图像处理系统。

本发明提供的抗几何攻击的鲁棒可逆水印方法，将图片分成两部分来分别嵌入鲁棒水印和可逆水印，鲁棒水印阶段，选取较小的嵌入强度derta，使像素值的修改量较小，在可逆水印阶段，在4*4的块中，只对其中一个像素值进行改变，改变值为1，且嵌入容量很小。因此，本方法在一定程度上避免了图像的失真感，并保证了在未受到攻击时能正确提取信息并恢复原图，在受到攻击时有较高的准确性提取信息如表1-表4。本发明可用于秘密信息的隐藏；通过将图片分成两部分来分别嵌入可逆与鲁棒信息，实现算法的鲁棒可逆性。

表1.图片Lena受到攻击时的误码率，PSNR＝36.67

表2.图片Airlpane受到攻击时的误码率，PSNR＝36.92

攻击类型BERJPEG压缩(90)0％JPEG压缩(80)1％JPEG压缩(70)1％缩放(0.9)0缩放(1.1)1％缩放(1.2)1％旋转(5)0％旋转(10)0％旋转(15)5％

表3.图片Elaine受到攻击时的误码率，PSNR＝37.5

攻击类型BERJPEG压缩(90)2％JPEG压缩(80)2％JPEG压缩(70)28％缩放(0.9)7％缩放(1.1)18％缩放(1.2)30％旋转(5)0％旋转(10)0％旋转(15)0％

表4.图片Barbara受到攻击时的误码率，PSNR＝37.26

攻击类型BERJPEG压缩(90)1％JPEG压缩(80)1％JPEG压缩(70)2％缩放(0.9)7％缩放(1.1)23％缩放(1.2)35％旋转(5)0％旋转(10)0％旋转(15)0％

附图说明

图1是本发明实施例提供的水印嵌入方法流程图。

图2是本发明实施例提供水印的提取方法(未受到攻击)流程图。

图3是本发明实施例提供水印的提取方法(受到攻击)流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明实施例提供的抗几何攻击的鲁棒可逆水印包括：水印嵌入方法、水印的提取方法(未受到攻击)和水印的提取方法(受到攻击)。

如图1所示，本发明实施例提供的水印嵌入方法包括以下步骤：

S101：分割图片，将原图按照像素值分成两部分，一部分用来嵌鲁棒水印I1(像素值较大的60％)，另一部分用来嵌可逆水印I2(像素值较小的40％)；

S102：寻找质心，对I1进行腐蚀、膨胀操作，得到I3；在I3中寻找面积最大的两个连通域，并求质心P1、P2，求两质心连线L的斜率k；

S103：嵌入鲁棒水印，在I1中寻找距离L最远的两个点(直线两边一边一个)P3、P4，将I1两点间的部分用斜率为k的直线分块，块数与嵌入容量相同；计算每块的平均像素值，用量化的方法嵌入水印信息，增大像素值满足量化要求，并记录每部分修改的值diff，用位图记录溢出点；

S104：嵌入可逆水印，将P1、P2坐标，每部分修改的值diff和位图用PVO(用像素值最小和次小对，这样只减小最小值)的方法嵌入I2中。

如图2所示，本发明实施例提供的水印的提取方法(未受到攻击)包括以下步骤：

S201：分割图片：将原图按照像素值分成两部分，一部分用来提取鲁棒水印IW1，另一部分用来提取可逆水印IW2；得到用来提取鲁棒水印IW1和提取可逆水印IW2；

S202：提取可逆水印，在IW2中用PVO的方法提取出质心坐标、每部分修改的值diff_ex和位图；

S203：提取鲁棒水印，在IW1中寻找距离L最远的两个点(直线两边一边一个)P3、P4，将I1两点间的部分用斜率为k的直线分块，块数与嵌入容量相同；用量化的方法提取鲁棒水印信息；

S204：恢复原图：根据diff_ex和位图，在相应的块中减去diff_ex的值。

如图3所示，本发明实施例提供的水印的提取方法(受到攻击)包括以下步骤：

S301：分割图片：将原图按照像素值分成两部分，一部分用来提取鲁棒水印IW1，另一部分用来提取可逆水印IW2；得到用来提取鲁棒水印IW1和提取可逆水印IW2；

S302：寻找质心：对IW1进行腐蚀、膨胀操作，得到IW3；在IW3中寻找面积最大的两个连通域，并求质心IWP1、IWP2，求两质心连线L的斜率IWK；

S303：提取鲁棒水印：利用得到的IWP1、IWP2和斜率IWK将IW1分块，得到每块的平均像素值，用量化的方法提取水印信息。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

1.水印的嵌入过程

步骤1，分割图片。

将原图按照像素值分成两部分，一部分用来嵌鲁棒水印I1(像素值较大的60％)，另一部分用来嵌可逆水印I2(像素值较小的40％)。

步骤2，寻找质心。

第1步，图像预处理：对I1进行腐蚀、膨胀操作，使图像的轮廓变得光滑，断开狭窄的间断和消除细的突出物，得到I3。

第2步，寻找质心：在I3中寻找面积最大的两个连通域，并求质心P1、P2，求两质心连线L的斜率k。

步骤3，嵌入鲁棒水印。

第1步，图片分块：在I1中寻找距离L最远的两个点(直线两边一边一个)P3、P4，将I1两点间的部分用斜率为k的直线分块，块数与嵌入容量相同；

第2步，嵌入水印：计算每块的平均像素值aver，根据嵌入的信息将aver增大到嵌入强度derta的奇数或偶数倍(如嵌入信息是1，将aver增大到derta的奇数倍；如嵌入信息是0，将aver增大到derta的偶数倍)，并记录每部分修改的值diff，用位图记录溢出点；

步骤4，嵌入可逆水印。

将P1、P2坐标，每部分修改的值diff和位图用PVO(将图片分成4*4的块，按照像素值由大到小排序得(X₁,X₂…X₁₆),得到最小两个值的差D＝X₁₅-X₁₆，如果D＝0，这个块不做任何变化，不嵌入可逆信息；如果D≥2，平移D，将最小值X₁₆减小1，不嵌入可逆信息；如果D＝1，当嵌入的可逆信息为1时，将最小值X₁₆减小1，当嵌入的可逆信息为0时，不做变化)的方法嵌入I2中。

2.水印的提取过程(未受到攻击)

步骤1，分割图片。

同水印嵌入过程的步骤1，得到用来提取鲁棒水印IW1和提取可逆水印IW2；

步骤2，提取可逆水印。

在IW2中用PVO(将图片分成4*4的块，按照像素值由大到小排序的(Y₁,Y₂,…Y₁₆),得到最小两个值的差D’＝Y₁₅-Y₁₆。当D’＝0时，这个块没有嵌入水印信息；当D’≥3时，这个块没有嵌入水印信息，Y₁₆增大1，恢复到嵌入前的值；当D’＝1时，提取出水印信息0，当D’＝2时，提取水印信息1，并将Y₁₆增大1，恢复到嵌入前的值)的方法提取出质心坐标、每部分修改的值diff_ex和位图；

步骤3，提取鲁棒水印。

同水印嵌入过程步骤2和步骤3的第1步将图片IW1分块，用量化(计算每一块像素的平均值aver’，为嵌入强度derta的奇数倍，水印信息为1；为嵌入强度derta的偶数倍，水印信息为0)的方法提取鲁棒水印信息；

步骤4，恢复原图。

根据diff_ex和位图，在相应的块中减去diff_ex的值。

3.水印提取过程(受到攻击)。

步骤1，分割图片。

同水印嵌入过程的步骤1，得到用来提取鲁棒水印IW1。

步骤2，提取鲁棒水印。

同水印嵌入过程步骤2和步骤3的第1步将图片IW1分块，用量化(计算每一块像素的平均值aver’，为嵌入强度derta的奇数倍，水印信息为1；为嵌入强度derta的偶数倍，水印信息为0)的方法提取鲁棒水印信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。