[发明专利]一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明属于信息隐藏和图像处理技术领域，具体涉及一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法。

背景技术

随着网络的发展，人们越来越关注自己所拥有的数字图像的安全及版权问题；信息隐藏技术在数字图像的安全保护方面起到重要作用；信息隐藏为在开放的网络环境下进行涉密的数据通信、数字产品的知识产权保护、重要文件和数字签名的真实性鉴别以及机密文件泄密后的消息源头追踪提供了可靠的信息安全保障。数字水印技术是信息隐藏技术的重要分支。

数字水印技术是一种有效的版权保护、内容认证以及数据完整性保护的方法，一直以来受到版权保护相关领域研究者的关注与重视；传统的数字水印技术，一般分为时间域水印算法和空间域水印算法，时间域水印算法易受到外部攻击，安全性不好，不可见性差；而空间域水印算法复杂程度较高，容许嵌入的水印量较小；而变换域水印技术针对噪声的鲁棒性比较强，却存在嵌入容量小的缺点；且传统的水印嵌入方法会或多或少的改变图像的特征。

目前数字图像水印算法，如文献辛怡，陶然，王越的基于分数阶傅里叶变换的数字图像实值加密方法；文献辛怡，仲珏，陶然的基于实数离散傅里叶变换的图像数字水印算法；上述方法中均讲述了，目前很多算法在抗攻击性方面都做不到全面抵抗，除此以外多数算法抗攻击性能好，却较复杂不易实现。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提出一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，以达到实现水印嵌入和加密的双重作用，提高嵌入水印后的鲁棒性、安全性和不可见性的目的。

一种基于实分数傅立叶变换的图像零水印嵌入和提取方法，包括以下步骤：

步骤1、将水印图像嵌入被保护图像中，具体如下：

步骤1-1、将水印图像进行矩阵化处理，即获得该水印图像的像素矩阵，该矩阵的行数为水印图像像素点的行数，该矩阵的列数为水印图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；

步骤1-2、对矩阵化处理后的水印图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的水印图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第一密钥；

步骤1-3、将变换后的水印图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；

步骤1-4、将被保护图像进行矩阵化处理，即获得该被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；

步骤1-5、对矩阵化处理后的被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的被保护图像像素矩阵，并记录实分数傅里叶变换阶数作为第二密钥；

步骤1-6、将变换后的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；

步骤1-7、构建0，1随机矩阵，该矩阵的行数与列数与保护图像像素矩阵相同，该矩阵中1的个数与水印图像的像素矩阵中元素个数相同，并记录该0，1随机矩阵作为第三密钥；

步骤1-8、将置乱后的被保护图像像素矩阵与0，1随机矩阵相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；

步骤1-9、用获得的提取矩阵减去置乱后的水印图像像素矩阵，获得密钥矩阵，将该矩阵作为第四密钥；

步骤1-10、完成零水印嵌入过程；

步骤2、保存第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四密钥和嵌入水印后的被保护图像；

步骤3、根据存储的第一密钥、第二密钥、第三密钥、第四密钥和嵌入水印后的被保护图像，进行水印提取，具体如下：

步骤3-1、将嵌入水印的被保护图像进行矩阵化处理，即获得该嵌入水印的被保护图像的像素矩阵，该矩阵的行数为嵌入水印的被保护图像像素点的行数，该矩阵的列数为嵌入水印的被保护图像像素点的列数，该矩阵的元素为像素点的像素值；

步骤3-2、根据存储的第二密钥，对矩阵化处理后的嵌入水印被保护图像进行实分数傅里叶变换，获得各像素点的频域值，进而获得变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵；

步骤3-3、将变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵中元素进行置乱处理，消除矩阵中各元素之间的关联性；

步骤3-4、将变换后的嵌入水印的被保护图像像素矩阵与存储的0，1随机矩阵，即第三密钥对应元素相乘，获得一个新的矩阵，再由上到下按列依次将该矩阵中的非0元素提取出来，获得提取矩阵；