[发明专利]一种基于特征区域几何优化的鲁棒可逆水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信息安全领域，涉及一种基于特征区域几何优化的鲁棒可逆水印嵌入和提取方法，可用于网络环境中数字图像的内容认证、版权保护。

背景技术

数字图像作为国家基础设施建设的支撑性成果之一，在国民经济、国防建设中占有十分重要的地位和广泛的应用。随着计算机技术与数码成像设备的发展与普及，数字图像的安全保护已成为多媒体信息安全领域亟待解决的重要问题之一。近年来，数字水印技术通过在宿主图像中嵌入水印的方式为这一问题的解决提供了有效途径，然而传统方法在水印嵌入过程中常常会对宿主图像造成不可逆失真。即使这些失真难以被人眼察觉，但却影响了它在医学影像、法庭证据、电子票据、军事及遥感图像等领域的实际应用。因此，可逆水印技术应运而生，它利用人类感知与数字图像自身冗余，通过可逆数字嵌入的方式将水印隐藏到宿主图像中，在水印提取之后能（近）无损地恢复宿主图像内容，确保其后续应用（如病变检测、分类、目标识别）不受影响。而且，通过对水印的分析，该技术能够确定版权所有者、认证图像内容以及跟踪侵权行为，从而为数字图像安全保护提供有力的技术支撑。同时，由于实际应用中数字图像往往会受到有损压缩、噪声干扰的影响，嵌入的水印又需要具有抵抗攻击的鲁棒性。这种水印方案称为鲁棒可逆水印，它以其特有的优势引起了国内外研究者们的广泛关注。

根据水印嵌入模型的不同，现有的鲁棒可逆图像水印方法可以分为三类。

第一类是基于直方图旋转的方法，该方法是基于Patchwork理论，利用数字图像相邻像素间的相关性生成质心向量，并沿不同方向旋转质心向量来嵌入水印，见文献“De Vleeschouwer C,Delaigle J,and Macq B.Circular interpretation of bijective transformationsin lossless watermarking for media asset management.IEEE Trans.Multimedia,5(1):97-105,2003”。该方法虽然对联合图像专家组JPEG压缩具有鲁棒性，但由于水印图像存在严重的“椒盐”噪声，

显著降低了含水印图像的视觉质量。

第二类是基于直方图分布约束的方法，见文献“Zou D K,Shi Y Q,Ni Z C,and Su W.A semi-fragile lossless digital watermarking scheme based on integer wavelet transform.IEEE Trans.Circuits and Systems for Video Technology,16(10):1294-1300,2006”和“Ni Z C,Shi Y Q,Ansari N,Su W,Sun Q B,and Lin X.Robust lossless image data hiding designed for semi-fragile image authentication.IEEE Trans.Circuits and Systems for Video Technology,18(4):497-509,2008”。此类方法根据数字图像的直方图分布，有规则地修改图像的统计特性来实现水印嵌入与提取。与基于直方图旋转的方法相比，该类方法克服了含水印图像的“椒盐”噪声，提高了水印图像的视觉质量，但却存在容量低、可逆性与鲁棒性不稳定的缺陷。

第三类方法是基于广义统计量直方图与聚类的方法，见文献“An L L,Gao X B,Yuan Y,and Tao D C.Robust lossless data hiding using clustering and statistical quantity histogram.Neurocomputing,77(1):1-11,2012”和“Li X L,Tao D C,Deng C and Li J.Robust reversible watermarking via clustering and enhanced pixel-wise masking.IEEE Transactions on Image Processing,21(8):3598-3611,2012”。该类方法基于广义统计量直方图平移与聚类算法实现了水印的无损嵌入与鲁棒提取，增强了水印抗攻击的鲁棒性。虽然该类方法与前两类方法相比，提升了水印抵抗JPEG压缩与加性高斯噪声的鲁棒性，但其抵抗复杂攻击的鲁棒性欠缺，而且在容量、不可感知性及鲁棒性三方面的综合性能有待进一步提高。

发明内容