[发明专利]一种三维点云模型的保护方法

说明书

技术领域

发明涉及通用图像数据处理，具体涉及一种数字图象的保护方法。

背景技术

自20世纪90年代开始得到迅猛发展的数字水印技术以其特有的隐蔽性的优势，与现代密码技术相结合，在受保护的原始数据中嵌入秘密信息-数字水印(Watermarking)，实现版权保护、隐含标识、认证、追踪和隐蔽通信等功能。数字水印技术作为网络安全技术的一个分支，已经成为一种非常有效的版权保护和内容安全的手段。

随着以三维模型为主要操作对象的三维数字内容(如三维动漫和三维游戏数字)产业化的飞速发展，继音频、图像、视频等媒体类型之后，三维模型已经成为数字处理重点研究的领域，而三维模型的数字水印技术也得到重视和发展。

一般来说我们可以将成熟的图像数字水印技术推广、移植到三维网格数字水印中。但是三维模型的本身特性决定了三维模型数字水印方法的技术特点：(1)缺少自然的参数化分解方法；(2)有更加丰富的攻击手段：(3)提取数字水印时需要进行网格对齐和网格重采样：(4)有更加丰富的数字水印植入目标。

按照数字水印的鲁棒性分类，三维模型的数字水印技术可以分为二类：鲁棒性数字水印和脆弱数字水印。

1997年，当时在日本IBM东京研究室工作的Ohbuchi等在ACMMultimedia97国际会议上发表了关于3D网格数字水印的文章。该文被公认为是第一篇在国际上公开发表的关于3D网格模型数字水印技术的文章。

2002年，Harte与Bors首次提出了三维网格模型盲提取数字水印算法，选择嵌入位置，然后利用与嵌入位置(顶点)相连的顶点确定的椭球体实现数字水印位抖动嵌入，对旋转、缩放等几何变换具有鲁棒性，但对于网格简化等拓扑操作鲁棒性差。喻志强等人通过改变三角形网格表面点到中心的距离嵌入数字水印。2003年，Kalivas等提出了一种利用主成分分析法的3D盲数字水印算法，对各种攻击均有一定鲁棒性。2004年，Bors等提出了一种利用局部约束的3D盲数字水印算法能够对多数攻击具有鲁棒性。

2007年，Jin等利用Nielson范数来嵌入数字水印，并使用K2平均聚类法对Nielson范数进行聚类后，通过修改Nielson范数嵌入数字水印.该方法在条件数、平滑、噪声等攻击下的比特错误率均低于10％。Lee等利用扩展高斯图像(EGI)和复扩展高斯图像(CEGI)来嵌入数字水印。Cho等通过修改顶点法向量的分布来嵌入数字水印，两种修改方法分别为修改法向量的均值和方差。在顶点选取方法上，Bors等提出的算法从局部区域中选择一些对可见性影响不大的点，并使用两种限制修改机制：平行平面限制和包围椭球限制。2009年，廖学良等人提出了基于重心交点距离比不变量的空域三维鲁棒数字水印。

随着三维模型建模技术的发展，三维模型的数据量大大增加，一个十分精细的人脸模型，其文件大小可达10M以上，如果用许多这样的三维模型构成三维动画，不经压缩，在当今的技术条件下是无法在Internet中传输的。这使得三维模型的压缩技术得到普遍关注。目前许多三维模型是以各种压缩形式存储的，这不仅节省了个人电脑的存储空间，而且也使网络实时传输成为可能。这使得三维模型压缩域数字水印技术的发展成为迫切需求。

2005年Florence Denis等人首次公开发表了关于压缩域三维模型的数字水印的论文，将压缩后的三维模型的顶点信息变换到频域，通过修改频域系数嵌入数字水印信息。压缩后的三维模型在网络终端经过解压，仍能保持很好的视觉效果。Zafeiriou等发表了一种新型三维盲数字水印算法，能够对大多数攻击具有较高的鲁棒性。2010年，綦科等提出了二种基于自相似压缩的三维模型鲁棒数字水印，但是目前兼顾数字水印容量与数字水印的嵌入提取复杂度以及鲁棒性仍然是一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维点云模型的保护方法，该方法所嵌入的数字水印不易擦除且鲁棒性好。

本发明实现上述目的技术方案是：

一种三维点云模型的保护方法，该方法包括嵌入数字水印和检测数字水印两个步骤，其特征在于，

所述的数字水印的嵌入过程为：

1)以待保护的三维点云模型的质心为原点，然后，从自三维点云模型的质心至三维点云模型表面各点的向量的集合中，选择相互正交的向量中模长最大的三个向量，并以所述三个向量所在的直线分别为x轴、y轴和z轴建立直角坐标系；

2)以自三维点云模型的质心至三维点云模型表面各点的向量的集合中一个模长最大的向量的模长为边长的一半建立一正方体空间，并使三维点云模型位于其内；