[发明专利]基于Tchebichef矩仿射不变量的图像水印方法

说明书

技术领域

本发明属于图像信息安全技术领域，涉及数字图像水印安全技术，具体是涉及一种能够抵抗比几何攻击更具有一般性的仿射攻击的图像水印算法，其中包括了水印的嵌入方法、检测方法和提取方法。 

背景技术

随着网络与多媒体技术的飞速发展，图像、文本、音频和视频等数字形式的多媒体产品得到了广泛的传播和运用。数码相机、录像机、扫描仪和打印机等数字设备和一些功能强大的软件，已在全球范围内被广泛地应用于创作和处理数字多媒体数据；而互联网也为多媒体信息的分发和交换提供了广阔便捷的渠道。人们通过互联网可以轻易地进行数字媒体的拷贝、下载和发布，这一方面给人们的生活和工作提供了便利条件，提高了工作效率，另一方面也为数字媒体的盗版提供了方便。一些不法分子在没有货的数字媒体版权所有者授权的情况下，随意拷贝和传播有版权保护的数字媒体出版物，从中谋取利益。因此，如何在互联网上保护数字媒体的版权问题和信息安全已经成为一个迫在眉睫的现实问题。而数字水印技术作为数字媒体版权保护、内容认证、注释标记、使用控制等应用领域的重要手段之一，近年来在版权保护方面得到了越来越多的关注。 

数字水印属于信息隐藏技术的一种，其基本思想是在不影响产品质量的情况下将具有可鉴别行的信息（水印）秘密嵌入到图像、文本、音频和视频等数字化多媒体产品中，使之作为原始数据的一部分而保留在其中，以便对数据的复制和传输实施跟踪，实现隐藏传输、存储、标注、身份识别、版权保护等功能。可见，一方面，它可以被用来证明原创作者对其作品的所有权，作为鉴定、起诉非法侵权的证据；另一方面，作者还可以通过对其数字产品中的水印进行探测和分析来实现对作品的动态跟踪，从而保证其作品的完整性，因此数字水印已经成为了知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。 

而鲁棒性数字水印是对版权保护起决定性作用的，因此需要水印具备抵抗多种水印攻击的功能。相对于常规图像处理如噪声、滤波、压缩等，几何攻击如平移、旋转、缩放等更加难以抵御。数字水印技术难以抵抗几何变换的一个最主要的原因是：几何变换虽然并未去除图像中的水印信息，但却使水印的检测与嵌入之间失去同步，从而导致水印检测的失效。另外几何攻击改变了像素灰度值与坐标之间的对应关系，阻止了水印信号的正常提取。因此同步问题是抗几何攻击水印算法要解决的关键技术。另外，不可见性、水印嵌入容量和鲁棒性 是水印算法最主要的三大指标，但这些指标两两之间都是互相制约的，能在不同的应用环境下同时较好地达到三个指标的水印算法的设计是一个具有挑战性的问题。 

现有的一些方法能够解决部分上述问题，如张力等学者在《Tchebichef矩在图像数字水印技术中的应用》一文中提出，利用原始图像的一个或多个Tchebichef矩的值来实现多种不同的水印信息在不同的图像处理域（包括DWT、DCT、FFT以及空间域等）实现水印信息的嵌入和检测，显著增强了水印算法的顽健性。程兴宏等学者在《基于图像Tchebichef矩抗几何攻击的零水印算法》一文中提出了以图像归一化技术和Tchebichef矩系数的特点为基础，首先计算原始图像单位圆内旋转归一化的Tchebichef矩，将Tchebichef矩的左上角部分扫描成数值矩阵;然后根据数值矩阵和水印图像生成二进制密钥并保存到零水印信息库，以此获得对旋转、缩放和常规信号处理及其组合攻击具有很强的鲁棒性图像水印。 

但上述现有方法仅仅解决了图像水印的抗几何攻击性，并没有考虑到比几何变换更具有一般性的仿射变换，因此现有算法无法抵抗仿射攻击。此外，现有算法针对不可见性、水印嵌入容量和鲁棒性这三个水印算法中最主要的指标并未实现良好的平衡。 

发明内容

为解决上述问题，本发明基于Tchebichef矩仿射不变量，提出了抵抗比几何攻击更具有一般性的仿射攻击的图像水印算法，并提出了数字图像水印嵌入，检测和提取的通用算法。 

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 

一种基于Tchebichef矩仿射不变量的图像水印嵌入方法，包括如下步骤： 

步骤A，计算Tchebichef矩不变量： 

步骤A-1，定义图像的仿射变换为：