[发明专利]基于四元数圆谐傅里叶矩的图像水印嵌入及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信息安全中信息隐藏与数字水印技术领域，尤其是一种不仅具有较好的不可感知性，而且对常规信号处理（中值滤波、边缘锐化、叠加噪声和JPEG压缩等）和去同步攻击（旋转、平移、缩放、剪切、翻转等）均具有较好的鲁棒性的基于四元数圆谐傅里叶矩的图像水印嵌入及检测方法。

背景技术

数字水印（Digital Watermarking）作为传统加密方法的有效补充手段，是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新技术，近年来已引起人们高度重视，并已成为国际学术界研究的一个热点。所谓数字图像水印，就是将具有特定意义的标记（水印），利用数据嵌入的方法隐藏在数字图像产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据，同时通过对水印的检测和分析保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。

所谓去同步攻击，并非指该种攻击能够从含水印图像中去除水印信息，而是指其能够破坏数字水印分量的同步（即改变水印嵌入位置），从而导致检测器找不到有效水印。去同步攻击包括全局仿射变换（即旋转、缩放、平移）和一般性去同步攻击（剪切、尺度变换、行列去除等）。近年来，人们主要采用三种措施设计抗去同步攻击的图像水印方案，分别为构造几何不变量、隐藏模版、利用原始图像重要特征。

近年来，抗去同步攻击数字图像水印嵌入及检测方法研究取得了很大进展，但现有绝大多数图像水印嵌入算法都是针对灰度图像的，直接用于彩色载体图像的数字水印算法较少。即使原始载体是彩色图像，大部分方法也只是通过提取其亮度信息或使用单色通道信息嵌入数字水印。也就说，现有算法未能很好体现和保留不同色彩分量在整个颜色空间内的特定联系，因而必然影响数字水印的鲁棒性和不可感知性。

发明内容

本发明针对现有图像水印方法存在的上述问题，提供一种不仅具有较好的不可感知性，而且对常规信号处理（中值滤波、边缘锐化、叠加噪声和JPEG压缩等）和去同步攻击（旋转、平移、缩放、剪切、翻转等）均具有较好的鲁棒性的基于四元数圆谐傅里叶矩的图像水印嵌入及检测方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于四元数圆谐傅里叶矩的图像水印嵌入方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤1：以四元数与圆谐傅里叶矩理论为基础，定义并具体计算彩色图像的四元数圆谐傅里叶矩；

步骤2：利用有限个四元数圆谐傅里叶矩来近似重构彩色图像函数的表达式；

步骤3：分析与讨论四元数圆谐傅里叶矩的精确性和几何不变特性，选取稳定的矩，用于水印嵌入；

步骤4：采纳量化调制策略将水印信息嵌入到四元数圆谐傅里叶矩幅值中。

   所述步骤1如下：

步骤11：假定                                                为极坐标下的彩色图像，定义如下形式的彩色图像四元数圆谐傅里叶矩：

其中，是一个单位纯四元数，在此选择，表示径向基函数；

步骤12：假设f_R、f_G和f_B分别表示彩色图像的R、G、B三个分量，、和分别表示彩色图像R、G、B三个分量的传统圆谐傅里叶矩，表示取复数p的实部，表示取复数p的虚部，则根据传统圆谐傅里叶矩和四元数理论推得四元数圆谐傅里叶矩的具体计算过程：

其中：

。

所述步骤2如下：

步骤21：对于彩色图像函数，计算出它的四元数圆谐傅里叶矩；

步骤22：利用最高阶为n_max、最大重复度为m_max的有限个四元数圆谐傅里叶矩来近似重构彩色图像函数；

步骤23：在极坐标系下，利用有限个四元数圆谐傅里叶矩近似重构彩色图像函数的表达式可写为：

具体如下：

其中，

这里，为接近于0的矩阵，分别对应重构彩色图像的R、G、B三个分量，分别为的灰度重构矩阵：

。

所述步骤3如下：

步骤31：四元数圆谐傅里叶矩的平移不变性分析；

步骤32：四元数圆谐傅里叶矩的旋转不变性分析；