[发明专利]一种三维点云模型的保护方法

摘要

本发明涉及通用图像数据处理，具体涉及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，首先将模型变换至一个正方体空间内，然后对其八叉树剖分，根据八叉树数据中包含的局部分块的相似程度进行聚类，得到相似局部分块链表，最后将与分块链表相对应的数字水印信息依次嵌入到各局部分块的局部平均向量长度中；在检测数字水印时，重复嵌入过程建立相似局部分块链表的方法，然后计算链表中各局部分块的局部平均向量长度，并提取嵌入到各分块中的数字水印信息。由于数字水印信息是按照相应算法依次嵌入，在保持三维点云模型的视觉外观的同时，数字水印不易擦除，从而达到三维点云模型的版权保护的目的。

主权项

1.一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；3)利用八叉树剖分方式对步骤2)所述的正方体空间进行剖分，其剖分结果中第i个子立方体为C_i，当满足如下条件时便得到一个与该模型的各个局部分块信息所对应的八叉树数据结构：∀j∈[0,ki-1],nij·ni>δa,δa∈[0,1]]]>|(pij-oi)·ni|d/2<δb,δb∈[0,1]]]>k_i＜K其中，n_ij为分块p_i中顶点p_ij的局部法向量；o_i为分块p_i对应的子立方体C_i的中心点；n_i为分块p_i的局部平均法向量；k_i为子立方体C_i中包含的顶点数目；d是子立方体C_i的边长；K表示阈值，它表示子立方体C_i中包含的最大顶点数目；δ_a表示顶点的局部法向量与分块局部平局法向量之间的最大夹角；δ_b表示顶点到分块支撑平面H的最大投影距离，其中分块支撑平面H由中心点o_i和局部平均法向量n_i确定；4)将八叉树数据结构的最底层的节点所包含的局部分块信息按照从左到右的顺序排列，并按下述方法进行聚类，得到相似局部分块链表：p_ij(j＝1，...，m)为分块p_i中的一个顶点，p_ij’(j＝1，...，m)是p_ij在支撑平面H上的投影点；为顶点p_ij到支撑平面H的投影高度，为投影点p_ij’到支撑平面H中心点o_i的距离，分别计算分块p_i中全部m个顶点的和然后计算分块p_i的相似度E=Σj=1m(dH(pij→)+rH(pij→));]]>同上述步骤计算另一个分块p_k的相似度G，则二个分块之间的相似程度为d(E，G)＝E-G；当d(E，G)≤ε时，则将分块p_i和p_k聚为一类，其中ε为一预先设定的阈值；5)将待嵌入的数字水印信息或密钥输入至伪随机序列生成模块中，生成与相似局部分块链表中各条相似局部分块链相对应的二进制数字水印序列W＝(w₀，w₁，...，w_nc-1)，其中，nc为数字水印序列长度，w_i∈{0，1}；6)以相似局部分块链表中的各个局部分块作为嵌入单元，按顺序将二进制数字水印序列中相对应的1位二进制数字水印信息嵌入到各条相似局部分块链中的各个局部分块的局部平均向量长度中，其中所述的嵌入方法如下：当嵌入数字水印w_k＝1时，嵌入步骤为：6.1)选取第k条链表中的第i个局部分块的第j个顶点p_k，i，j，沿着向量方向移动顶点p’_k，i，j使|p′_k，i，j-o_k，i|＝(1+β)|p_k，i，j-o_k，i|，其中β为嵌入强度；6.2)计算嵌入后的第k条链表中第i个局部分块的平均局部向量长度M_k，i为第k条链表中第i个局部分块中的顶点数，如果大于嵌入前的第k条链的平均局部向量长度则嵌入结束，N_k为第k条链表中所包含的局部分块数；否则转步骤6.1)；6.3)选择p_k，i的下一个顶点，重复步骤6.1)、6.2)；当嵌入数字水印w_k＝0时，嵌入步骤为：6.4)、选取第k条链表中的第i个局部分块的第j个顶点p_k，i，j，沿着向量方向移动顶点p’_k，i，j使|p′_k，i，j-o_k，i|＝(1-β)|p_k，i，j-o_k，i|；6.5)、计算如果小于则嵌入结束，否则转步骤6.4)；6.6)、选择p_k，i的下一个顶点，重复步骤6.4)、6.5)；所述的数字水印的检测过程为：A)按照数字水印的嵌入过程中的步骤1)、2)、3)、4)对嵌入数字水印的三维点云模型做预处理、八叉树剖分、相似聚类，得到相似局部分块链表；B)按顺序选择相似局部分块链表中一条相似局部分块链k，并计算该链的平均局部向量长度和各局部分块的平均局部向量长度C)按下述方法提取嵌入到该相似局部分块链中的各局部分块中的数字水印信息：C1)按公式wk,i=1rk,i‾>rk‾0rk,i‾<rk‾]]>提取嵌入到第k条局部分块链表的第i个局部分块中的数字水印w_k，i；C2)重复步骤C1)提取嵌入到第k条局部分块链表的下一个局部分块中的数字水印；C3)按公式wk=1N(wk,i=1)>N(wk,i=0)0N(wk,i=1)<N(wk,i=0)]]>提取嵌入到第k条相似局部分块链中的数字水印信息，其中N(w_k，i＝1)为w_k，i＝1的数字水印的数目，N(w_k，i＝0)为w_k，i＝0的数字水印的数目。