基于特征点校正的几何鲁棒性水印算法-论文.pdf

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1、第37卷第3期辽宁师范大学学报(自然科学版)Vo1．37No．32Ol4年9月JournalofLiaoningNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Sep．2Ol4文章编号：1000—1735(2014)03—0352—05doi：10．11679／lsxblk2014030352基于特征点校正的几何鲁棒性水印算法楼偶俊，唐双童，李绍华，刘朝霞，景雨(1．大连外国语大学软件学院，辽宁大连116044；2．大连大学信息工程学院，辽宁大连116622)摘要：提出了一种基于SIFT特征点几何校正的抗几何攻击水印算法．该算法首先利

2、用SIFT从原始图像中提取特征点集，并将其作为密钥保存；水印在检测前，再用SIFT从含水印图像中提取特征点集，根据特征点匹配算法(欧式距离)实现两个特征点集的匹配；然后利用匹配点对的几何特性校正几何攻击，恢复含水印图像的同步性．一个可标志的二值图像水印通过量化的方式自适应地嵌入到Coutourlet变换域的低频子带中；水印提取时不用原始图像，水印存在与否不仅可以通过阂值检测，也可以通过视觉直接判定．实验结果可验证，算法对常见的图像处理攻击、几何攻击和多种组合攻击均具有较强的抵抗能力．关键词：数字水印；特征点；图像校正；量化中图分类号：TP391文献标志码：A数字水

3、印技术是保护数字媒体版权的一种有效手段，到目前已提出了一些优秀的水印算法[1≈]，但抗几何攻击鲁棒性仍是数字水印领域的研究热点．抗几何攻击的水印算法大致可以分为3类：第一类基于几何不变性的水印方法[3]，其特点是将水印嵌人不变性的变换通道中，使几何的形变对水印信息的提取不发生影响；第二类是基于几何攻击校正恢复的水印方法[6]，其特点是在几何形变致使水印检测失去同步时，水印检测前通过几何校正的方法恢复图像同步；第三类是基于图像的特征水印方法。¨，其特点利用特征点提取策略，从载体图像中提取出几何不变性的特征点，把水印嵌入到特征点所对应的特征区域．其中第二类水印方法的优

4、点是水印可嵌入到整幅图像中，嵌入水印信息量较大；缺点是需嵌入额外的模板信息，这将降低水印图像的质量；其次搜索模板计算量大，且无法有效抵抗剪切、局部几何失真等较为复杂的几何攻击．而第三类水印的特点是借助于图像稳定的特征点定位水印嵌入区域，水印被嵌入到多个特征区域中，从而能有效地抵抗剪切攻击和局部几何失真；但其缺点是水印嵌入信息量较少．对第二类和第三类水印方法研究的基础上，提出了一种有效结合这两类算法优点且克服其缺点的水印算法．首先利用SIFT算法从原始图像中提取出稳定的特征点，并利用该特征点作为模板实现几何形变的校正；水印图像通过量化的方式自适应地嵌入到Coutou

5、rlet变换域的低频子带；水印检测时不用原始载体图像，实现盲水印提取．实验结果表明，算法对常见的图像处理攻击、几何攻击和各种组收稿日期：2014—06—2O基金项目：国家自然科学基金项目(61201454)；辽宁省博士科研启动基金项目(20121037)；辽宁省高等学校科学技术研究项目(L2012408；L2013432)；大连外国语大学科研基金一般项目(2012XJYB27)作者简介：楼偶俊(1976一)，男，浙江金华人，大连外国语大学副教授，博士．E—mail：louojl@163．eom第3期楼偶俊等：基于特征点校正的几何鲁棒性水印算法353合几何攻击均具有

6、较强的抵抗性．1基于特征点的校正方案图像的几何攻击主要是由旋转、缩放、平移等攻击组成，如果在水印提取前能计算出图像所遭受的几何攻击，则就能恢复图像所经历的几何攻击．几何攻击校正方案具体过程如下：Step1．提取出原始特征点集；使用尺度不变特征变换(SIFT)从原始图像中提取出特征点集{P}，并把其作为密钥保存．Step2．提取攻击后的特征点集；在水印检测前，再使用SIFT变换从可能遭受攻击后的含水印图像中提取出特征点集{P)．Step3．利用欧式距离实现特征点匹配；计算原始特征点集{)和攻击后的特征点集{户：)的欧式距离，根据其点之间的距离作为特征点的相似性判定度

7、量．首先取原始特征点集{P)中的某个特征点，找出其与攻击后的特征点集{P：)中的欧式距离最近的前两个特征点，在这两个特征点中，如果最近的距离和次近的距离均小于设定阈值时，则表示该特征点与距离最近的特征点匹配．依次为原始特征点集{)的每一个点搜索匹配点对．假定原特征点对为{(，Y。)，(z。，Yz))，图像在遭受攻击后其匹配点对为{(，Y)，(z，Y))．Step4．旋转角度的校正；根据两点确定一条直线和Y一个角度的原理，可估算图像所遭受的旋转角度，如图1Ⅳ所示，可按以下公式计算：一日tan(二丝)×，口，=口tan()×一1801一Z27cZI—27c则图像矫正旋

8、转角度为：