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1、基于特征点模板的Contourlet域抗几何攻击水印算法研究*辽宁省高等学校优秀人才支持计划(RC-04-11),辽宁省自然基金项目(项目号:20032105).楼偶俊,1976年生,博士研究生,主要研究方向为图像处理及多媒体数字水印技术E-mail:louoj@163.com,电话:13795198704.王钲旋,1945年生,教授,博士生导师,中国计算机学会会员,主要研究方向为计算机图形学新技术、计算机绘画与动画、计算机图象处理程序设计、计算几何.楼偶俊王钲旋(吉林大学计算机科学与技术学院长春
2、130023)摘要抵抗几何攻击的数字水印是目前水印算法研究的热点与难点之一,一个微弱不可察觉的几何攻击就可能使绝大多数水印算法失效.本文对图像的Contourlet变换特性进行了分析和讨论,在此基础上提出了一种以特征点为模板的基于Contourlet的抗几何攻击水印算法,包括:(1)在Contourlet变换域最高阶方向子带的相同带内坐标中搜索纹理最丰富的位置作为嵌入位置,这样水印在被嵌入到图像重要区域的同时也保证其被嵌到纹理丰富的区域中;(2)根据嵌入点在低频对应位置的能量和高尺度同方向子带对应
3、位置的纹理信息,确定了一种自适应地水印嵌入强度的策略,使得水印在嵌入位置和嵌入强度的选择上都保证了嵌入的水印具有很好的透明性和极大的鲁棒性;(3)改进了Harris-Laplace算子,利用该算子从含有水印的图像中提取出具有几何形变鲁棒性的特征点作为模板;(4)水印检测时,先利用特征点模板对应点之间的变换关系实现水印重同步,然后通过统计图像的相关性来验证水印的存在.仿真实验表明,所提出的水印算法不仅具有很好的透明性,而且对常见的图像处理和几何攻击具有很好的鲁棒性.关键词数字水印;Contourle
4、t;特征点;模板;几何攻击中图法分类号TP39111/111引言多媒体及Internet的迅速发展,使多媒体信息交流达到了前所未有的广度和深度,但数字产品的易复制、易修改等特点使得许多数字产品的版权保护和安全性面临着新的挑战.对数字产品的版权保护和信息安全的迫切需求,使数字水印技术成为多媒体信息安全研究领域的一个热点问题.近年来,数字水印技术研究取得了很大进展,陆续提出了一系列数字图像水印算法.为获得较好的透明性,大部份水印算法是把水印嵌入到变换域的中、高频.被选择用来嵌入水印的变换主要有离散余弦
5、变换(DCT)[1],离散傅立叶变换(DFT)[2]和离散小波变换(DWT)[3]等,其中小波变换因对含“点奇异”的一维信号能达到“最优”的非线性逼近阶,同时又对图像具有很好的分频效果而受到重视.但小波变换在处理二维或更高维“线奇异”的信号时,却不能达到最优逼近阶[4].对于二维图像,由于边缘、轮廓和纹理等具有高维奇异性的几何特征,包含了大部分信息,小波不再是表示图像的最优基函数.2002年,MinhN.Do和MartinVetterli提出了一种“真正”的图像二维表示法—Contourlet变换
6、[5],这种新的多尺度几何变换,不仅具有小波变换的多分辨率和时频局部性,而且提供了高水平的方向性和各向异性,从而可以更全面地表示图像本身的几何特性[6].目前已出现了一些基于Contourlet的水印算法[7~9],其中文献[7]将水印嵌入到能量较大的Contourlet变换方向子带中,文献[8]把水印嵌入到方向子带中绝对值大的系数上,而文献[9]是从方向子带中提取出具有显著特征的点作为水印嵌入位置.这些水印算法都利用了Contourlet变换方向子带的纹理特性,能较好的协调鲁棒性与透明性.但算法
7、的不足是水印嵌入的自适应性较差,且抗几何攻击能力不足,与现有绝大多数图像水印方案一样,仅能够对抗常规的信号处理,而无法有效抵抗诸如旋转、缩放、平移(Rotation,Scaling,Translation,RST)、剪切等几何攻击.目前,已经提出的一些可以抵抗几何攻击的水印方案主要分为三类,第一类方案是把水印嵌入到仿射不变子空间,比较常见的是基于Fourier-Mellin变换[10,11]、DFT变换[12]和图像归一化等[13].11/11该类算法的优点是不用矫正图像的几何形变,但目前该类算法
8、只能抵抗RST攻击,且对剪切攻击鲁棒性不足;第二类方案是利用图像的重要特征[14,15],利用特征点提取算法从图像中提取出重要特征,并把水印重复的嵌入到特征点周围区域.该类算法的优点是能有效抵抗RST和大面积剪切等较为复杂的去同步攻击,缺点是嵌入的信息量较少,且对不等比例缩放的鲁棒性不足;第三类方案是基于模板的水印技术[16,17],图像在几何形变以后,水印信号依然存在于图像当中,只不过水印信号与原图像之间的同步发生了变化,致使水印检测不出.如果知道图像的几何变化,并通过实施逆变换
