一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其包括水印嵌入、水印提取和篡改定位三部分，其利用從經(jīng)過攻擊后的水印立體圖像的左視點(diǎn)圖像中提取的特征水印與魯棒水印之間的相似度及從經(jīng)過攻擊后的水印立體圖像的右視點(diǎn)圖像中提取的特征水印與魯棒水印之間的相似度作為評價(jià)的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了立體圖像的版權(quán)保護(hù)；其對于經(jīng)過攻擊后的水印立體圖像的左視點(diǎn)圖像和右視點(diǎn)圖像中的篡改塊的定位分為兩步：對于非匹配塊，通過判斷每個(gè)非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中的兩個(gè)相應(yīng)的高頻DCT系數(shù)之間是否存在所設(shè)定的數(shù)值大小線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)篡改檢測；對于匹配塊，利用從匹配塊中提取的特征水印和提取的嵌入脆弱水印實(shí)現(xiàn)篡改檢測，最終實(shí)現(xiàn)了立體圖像的篡改定位功能。
【專利說明】一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)字水印技術(shù)，尤其是涉及一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和日益普及，平面圖像處理技術(shù)趨于成熟， 并在人們的學(xué)習(xí)、生活和工作等各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用；然而隨著人們生活品質(zhì)的提 高，平面圖像已經(jīng)不能滿足人們的視覺享受，而立體圖像提供了深度信息來增強(qiáng)圖像的真 實(shí)感，給用戶以身臨其境的感覺，增加了人們對事物的興趣度和認(rèn)知度。作為新興的數(shù)字媒 體，立體圖像/視頻被稱為自音頻、圖像、視頻之后的第四代媒體形式。因此，市場對立體圖 像處理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的需求也越來越迫切，然而在立體圖像處理技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的過程 中面臨了一些問題。立體圖像易于復(fù)制、修改以及網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)字化在給人類帶來便利的同 時(shí)，也出現(xiàn)了諸如侵權(quán)、拷貝和篡改等一系列問題，侵害了所有者的版權(quán)。
[0003] 利用水印技術(shù)能夠有效改善立體圖像被侵權(quán)、拷貝和篡改等一系列問題，目前存 在多種水印算法，單水印算法往往存在功能單一；魯棒水印算法具有良好的魯棒性，具備抵 抗攻擊的能力，可以實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)功能，但對篡改操作不夠敏感，篡改檢測和定位能力差， 很難實(shí)現(xiàn)內(nèi)容認(rèn)證；脆弱水印算法正好相反，它對篡改操作非常敏感，篡改檢測和定位能力 強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)內(nèi)容認(rèn)證，但不具備抵抗攻擊的能力。因此設(shè)計(jì)一種多功能立體圖像數(shù)字水印 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證和篡改定位功能成為該領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其能夠很 好地實(shí)現(xiàn)立體圖像版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證和篡改定位功能。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種多功能立體圖像數(shù)字水印方 法，其特征在于包括以下步驟 ：
[0006] ①-1、令

【權(quán)利要求】
1. 一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其特征在于包括以下步驟：
表示參考立體圖像的左視點(diǎn)圖像，令
表示參考立體圖像的右 視點(diǎn)圖像，其中，
表示參考立體圖像的寬，N表示參考立體圖像的 高，
表示
中坐標(biāo)位置為（i，j)的像素點(diǎn)的像素值，
表示
中 坐標(biāo)位置為（i，j)的像素點(diǎn)的像素值； ①-2、將
中的每個(gè)像素點(diǎn)的以二進(jìn)制形式表示的像素值的最低位置零，得到 新的左視點(diǎn)圖像，記為
，其中，
表示
中坐標(biāo)位置為（i，j)的像 素點(diǎn)的像素值； 同樣，將
中的每個(gè)像素點(diǎn)的以二進(jìn)制形式表示的像素值的最低位置零，得到 新的右視點(diǎn)圖像，記為
*其中，
表示
中坐標(biāo)位置為（i，j)的像 素點(diǎn)的像素值； ①-3、將
分割成
個(gè)互不重疊的尺寸大小為4X4的圖像塊；然后 對
中的每個(gè)圖像塊進(jìn)行離散余弦變換，得到
中的每個(gè)圖像塊的維數(shù) 為4X4的DCT系數(shù)矩陣；接著對
中的每個(gè)圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中左上角的 2X2個(gè)DCT系數(shù)進(jìn)行奇異值分解，得到
中的每個(gè)圖像塊對應(yīng)的維數(shù)為2X2的 奇異值矩陣；再提取出
中的所有圖像塊各自對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇 異值，構(gòu)成
對應(yīng)的維數(shù)為
的最大奇異值矩陣，記為
，其中，
表不
中下標(biāo)為（m, η)處的奇異值，亦表不
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異值； 同樣，將
分割成
個(gè)互不重疊的尺寸大小為4X4的圖像塊；然后對
中的每個(gè)圖像塊進(jìn)行離散余弦變換，得到
中的每個(gè)圖像塊的維數(shù)為 4X4的DCT系數(shù)矩陣；接著對丨中的每個(gè)圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中左上角的2X2 個(gè)DCT系數(shù)進(jìn)行奇異值分解，得到pU/,./)}中的每個(gè)圖像塊對應(yīng)的維數(shù)為2 X 2的奇異值 矩陣；再提取出i/Uk/)}中的所有圖像塊各自對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異值，構(gòu)成
對應(yīng)的維數(shù)為
的最大奇異值矩陣，記為
，其中，SK，max(m，n)表 示
中下標(biāo)為（m, η)處的奇異值，亦表示
中坐標(biāo)位置為（m, η)的圖像 塊對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異值； ①-4、根據(jù)
中的每個(gè)奇異值的最高位的奇偶性，提取
中的每個(gè) 圖像塊的特征水印，將
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊的特征水印記為WUf (m，η)， 如果SUmax(m，n)的最高位為奇數(shù)，則令Wu；f(m，n) = 1 ;如果SUmax(m，n)的最高位為偶數(shù)，則 令 WL，f (m，η) = 0 ; 同樣，根據(jù)
中的每個(gè)奇異值的最高位的奇偶性，提取
中的每個(gè) 圖像塊的特征水印，將
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊的特征水印記為\f(m，η)， 如果31；，_(111，11)的最高位為奇數(shù)，則令\{(111，11)=1;如果5 1；，_(111，11)的最高位為偶數(shù)，則 令 WK，f (m，η) = 0 ; ①-5、獲取
中的每個(gè)圖像塊的視差，將
中坐標(biāo)位置為（m，n)的圖 像塊的視差記為d (m, n)，d (m, η)的值取滿足條件（SUmax (m, n) -SK，max (m, n-d (m, n)))〈T的最 小值，其中，SK，max(m, n-d(m, n))表示
中下標(biāo)為（m, n_d (m, η))處的奇異值，Τ表 示設(shè)定的第一視差判定閾值；然后根據(jù)
中的每個(gè)圖像塊的視差，確定
和
中的匹配塊及
中的非匹配塊，對于
中坐標(biāo)位置為（m，n) 的圖像塊的視差d(m，n)，如果
，則令d(m，n) = β+l，并將
中坐 標(biāo)位置為（m, η)的圖像塊確定為非匹配塊；如果d(m, n) e [-β，β ]，則確定
中 坐標(biāo)位置為（m, η)的圖像塊與
中坐標(biāo)位置為（m，n-d(m，n))的圖像塊相匹配， 并將
中坐標(biāo)位置為（m, η)的圖像塊確定為匹配塊，將
中坐標(biāo)位置為 (m，n-d(m，n))的圖像塊確定為匹配塊；再將
中除所有匹配塊外的圖像塊確定為 非匹配塊，其中，β表示視差的最大取值； ①-6、向
中的匹配塊中嵌入脆弱水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置為（m，η) 的圖像塊為匹配塊，則將該匹配塊中的每個(gè)像素點(diǎn)的以二進(jìn)制形式表示的像素值的最低位 用WUf(m，η)的值替代，實(shí)現(xiàn)脆弱水印的嵌入； 同樣，向
中的匹配塊中嵌入脆弱水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置為（m，η) 的圖像塊為匹配塊，則將該匹配塊中的每個(gè)像素點(diǎn)的以二進(jìn)制形式表示的像素值的最低位 用\f(m，η)的值替代，實(shí)現(xiàn)脆弱水印的嵌入； 向
中的非匹配塊中嵌入魯棒水印：假設(shè)
中坐標(biāo)位置 為（m，η)的圖像塊為非匹配塊，則首先從該非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中任意選擇 兩個(gè)下標(biāo)不相同的中頻DCT系數(shù)，假定任意選出的兩個(gè)中頻DCT系數(shù)的下標(biāo)分別 為（Ul，Vl)和（u2, ν2)，則將任意選出的兩個(gè)中頻DCT系數(shù)對應(yīng)記為和
然后根據(jù)WUf (m，η)及
向該非匹配塊中 嵌入魯棒水印：如果Wu f (m, η) = 0且
，則令
再令
；如果Wu f (m, η) = 0且
不作修改；如果WUf(m，n) = 1

再令
；如果WUf (m, η)= 1且
不作修改；其中，
α表示調(diào)節(jié)參數(shù)，
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中下標(biāo)為（1，1)處 的DCT系數(shù)，β表示視差的最大取值， 中的"="為賦值符號；
同樣，向
中的非匹配塊中嵌入魯棒水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位 置為（m，η)的圖像塊為非匹配塊，則首先從該非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中任意選 擇兩個(gè)下標(biāo)不相同的中頻DCT系數(shù)，假定任意選出的兩個(gè)中頻DCT系數(shù)的下標(biāo)分 別為（^，vj和（u2, ν2)，則將任意選出的兩個(gè)中頻DCT系數(shù)對應(yīng)記為
和
；然后根據(jù)\^!11，11)及
向該非匹配塊中 嵌入魯棒水?。喝绻鸚K, f (m, η) = 0且
，則令

不作修改；如果
，
再令
如果\f (m, η)= 1且
，則對
不作修改；其中，
α表示調(diào)節(jié)參數(shù)，
表示
中坐標(biāo)位置為（m, η) 的圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中下標(biāo)為（1，1)處的DCT系數(shù)，
和
中的"="為賦值符號； 再向
中的非匹配塊中嵌入脆弱水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置為 (m，η)的圖像塊為非匹配塊，則首先從該非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中任意選擇六個(gè)下 標(biāo)不相同的高頻DCT系數(shù)，假定任意選出的六個(gè)高頻DCT系數(shù)的下標(biāo)分別為（Xl，yi)、 (x 2, y2)、（x3, y3)、（x/，y/ )、（x2'，y2'）和（x3'，y3'），則將任意選出的六個(gè)高頻 DCT 系 數(shù)對應(yīng)記為
和 然后通過修改
，向該非匹配塊中 嵌入脆弱水?。毫?br>
4, Ky3'彡4, μ和τ表示調(diào)節(jié)參數(shù)，

中的"="為賦值符號； 同樣，再向
中的非匹配塊中嵌入脆弱水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置 為（m，η)的圖像塊為非匹配塊，則首先從該非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中任意選擇六個(gè) 下標(biāo)不相同的高頻DCT系數(shù)，假定任意選出的六個(gè)高頻DCT系數(shù)的下標(biāo)分別為（Xl，yi)、
則將任意選出的六個(gè)高頻DCT系數(shù) 對應(yīng)記為

然后通過修改.
向該非匹配塊 中嵌入脆弱水?。毫?br>
②-1、令
表示經(jīng)過攻擊后的水印立體圖像的左視點(diǎn)圖像，令
表示經(jīng) 過攻擊后的水印立體圖像的右視點(diǎn)圖像，其中，
表示經(jīng)過攻擊 后的水印立體圖像的寬，且與參考立體圖像的寬一致，Ν'表示經(jīng)過攻擊后的水印立體圖像 的高，且與參考立體圖像的高一致，
表示
中坐標(biāo)位置為（i，j)的像素點(diǎn)的像 素值，
中坐標(biāo)位置為（i，j)的像素點(diǎn)的像素值； ②-2、將
分割成
個(gè)互不重疊的尺寸大小為4X4的圖像塊；然后 對
中的每個(gè)圖像塊進(jìn)行離散余弦變換，得到
中的每個(gè)圖像塊的維數(shù) 為4X4的DCT系數(shù)矩陣；接著對
中的每個(gè)圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中左上角的 2X2個(gè)DCT系數(shù)進(jìn)行奇異值分解，得到
中的每個(gè)圖像塊對應(yīng)的維數(shù)為2X2的 奇異值矩陣；再提取出
中的所有圖像塊各自對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異 值，構(gòu)成
對應(yīng)的維數(shù)為
的最大奇異值矩陣，記為
，其中，
中下標(biāo)為（m, η)處的奇異值，亦表不
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異值； 同樣，將
.分割成
個(gè)互不重疊的尺寸大小為4X4的圖像塊；然后對
中的每個(gè)圖像塊進(jìn)行離散余弦變換，得到
中的每個(gè)圖像塊的維數(shù)為4X4 的DCT系數(shù)矩陣；接著對
中的每個(gè)圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中左上角的2 X 2個(gè)DCT 系數(shù)進(jìn)行奇異值分解，得到
中的每個(gè)圖像塊對應(yīng)的維數(shù)為2X2的奇異值矩陣；再 提取出
中的所有圖像塊各自對應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異值，構(gòu)成
對應(yīng)的維數(shù)為
的最大奇異值矩陣，記為
其中，
表示
中下標(biāo)為（m，η)處的奇異值，亦表示
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊對 應(yīng)的奇異值矩陣中左上角的奇異值； ②-3、根據(jù)
中的每個(gè)奇異值的最高位的奇偶性，提取
中的每個(gè) 圖像塊的特征水印，將
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊的特征水印記為
如果("Μ7)的最高位為奇數(shù)，則令也./ = 1 ;如果(WI，W)的最高位為偶數(shù)，則 令"w) = 0; 同樣，根據(jù)
書的每個(gè)奇異值的最高位的奇偶性，提取
中的每個(gè) 圖像塊的特征水印，將
中坐標(biāo)位置為（m，n)的圖像塊的特征水印記為 如果的最高位為奇數(shù)，則令卜，《) =1:如果的最高位為偶數(shù)，則 令移'/0 (/?，/，) = 0; ②-4、獲取
中的每個(gè)圖像塊的視差，將
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像 塊的視差記為d'（m，η)，d'（m，η)的值取滿足條件
的最小值，其中，
中下標(biāo)為（m，n-d'（m，n))處的 奇異值，Τ'表示設(shè)定的第二視差判定閾值；然后根據(jù)
中的每個(gè)圖像塊的視差，確 定
中的匹配塊及
中的非匹配塊，對于
中坐標(biāo)位置 為（m，n)的圖像塊的視差d'（m，n)，如果 則令d'（m，η) = β+1，并將
中坐標(biāo)位置為（m, η)的圖像塊確定為非匹配塊；如果d'（m, η) e [-β，β ]，則確 定
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊與
中坐標(biāo)位置為（m，η-d'（m，η))的圖像 塊相匹配，并將
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊確定為匹配塊，將
中坐標(biāo)位 置為（m，η-d'（m，η))的圖像塊確定為匹配塊；再將
中除所有匹配塊外的圖像塊確 定為非匹配塊，其中，β表示視差的最大取值； ②-5、從
中的匹配塊中提取魯棒水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置為 (m，η)的圖像塊為匹配塊，則將從該匹配塊中提取出的魯棒水印記為

其中，
中坐標(biāo)位置為 (m，n+d'（m，η))的圖像塊的特征水印，
為賦值 符號； 同樣，從
中的匹配塊中提取魯棒水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置為 (m，η)的圖像塊為匹配塊，則將從該匹配塊中提取出的魯棒水印記為

中坐標(biāo)位置為 (m，n+d'（m，η))的圖像塊的特征水印，
中的"="為賦值符 號； 從
中的非匹配塊中提取魯棒水?。杭僭O(shè)
中坐標(biāo)位置為（m，n) 的圖像塊為非匹配塊，則將從該非匹配塊中提取出的魯棒水印記為

中坐標(biāo)位 置為（m，n)的圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中下標(biāo)為（Ul，Vl)處的DCT系數(shù)，
表示
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中下標(biāo)為（u 2, v2)處的DCT系數(shù)； 同樣，從
中的非匹配塊中提取魯棒水印：假設(shè)
中坐標(biāo)位置為 (m，η)的圖像塊為非匹配塊，則將從該非匹配塊中提取出的魯棒水印記為

，其中，
表示
中坐標(biāo)位 置為（m，n)的圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中下標(biāo)為（Ul，Vl)處的DCT系數(shù)， 表示
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊的DCT系數(shù)矩陣中下標(biāo)為（u 2, v2)處的DCT系數(shù)； ② -6、檢測從
中提取出的魯棒水印的魯棒性：定義從
中提取出的魯 棒水印與特征水印之間的相似度為NQ，
其中，WUrartrac;t (m，η)由
和
相加得到；如果NQ的值越接近于1，則表 明從
中提取出的魯棒水印的魯棒性越好； 同樣，檢測從
中提取出的魯棒水印的魯棒性：定義從
中提取出的魯 棒水印與特征水印之間的相似度為NCK，
其中，WK^xtMC;t (m，η)由
和
相加得到；如果NCK的值越接近于1，則 表明從
中提取出的魯棒水印的魯棒性越好； ③ -1、從
中的匹配塊中提取脆弱水印，定位篡改塊：假設(shè)
中坐標(biāo)位置 為（m，η)的圖像塊為匹配塊，則提取該匹配塊中的每個(gè)像素點(diǎn)的以二進(jìn)制形式表示的像素 值的最低位，構(gòu)成一個(gè)維數(shù)為4X4的矩陣，并將該矩陣作為從該匹配塊中提取出的脆弱水 印，記為
，如果
則確定該匹配塊為篡改塊； 同樣，從
中的匹配塊中提取脆弱水印，定位篡改塊：假設(shè)
中坐標(biāo)位置 為（m，η)的圖像塊為匹配塊，則提取該匹配塊中的每個(gè)像素點(diǎn)的以二進(jìn)制形式表示的像素 值的最低位，構(gòu)成一個(gè)維數(shù)為4X4的矩陣，并將該矩陣作為從該匹配塊中提取出的脆弱水 印，記為
則確定該匹配塊為篡改塊； 再通過判斷
中的非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中的兩個(gè)高頻DCT系數(shù)的線性關(guān) 系，從
中的非匹配塊中定位篡改塊：假設(shè)
中坐標(biāo)位置為（m，η)的圖像塊 為非匹配塊，則從該非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中選擇六個(gè)下標(biāo)分別為（Xl，yi)、（x 2，y2)、 (x3, y3)、（x/，y/ )、（x2'，y2'）和（x3'，y3'）的高頻 DCT 系數(shù)，對應(yīng)記為
則確定該非匹配塊為篡改塊；
同樣，再通過判斷
中的非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中的兩個(gè)高頻DCT系數(shù)的 線性關(guān)系，從
中的非匹配塊中定位篡改塊：假設(shè)
中坐標(biāo)位置為（m，η) 的圖像塊為非匹配塊，則從該非匹配塊的DCT系數(shù)矩陣中選擇六個(gè)下標(biāo)分別為（Xl，yi)、 (x2, y2)、（x3, y3)、（x/，y/ )、（x2,，y2'）和（x3,，y3'）的高頻 DCT 系數(shù)，對應(yīng)記為5::"Λ.0·ι!.νι)、 則確定該非匹配塊為篡改塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其特征在于所述的步驟 ① -5中取T = 10,取β = 30。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其特征在于所述的 步驟①-6 中取屮=2, 乂丨=3, u2 = 3, ν2 = 2,取 α = 〇· 04,取 β = 30,取 Χι = 3, y! = 3, χ2 = 2, y2 = 4, χ3 = 4, y3 = 2, χ/ = 4, y/ = 4, χ2' = 3, y2' = 4, χ3' =4, y3' = 3,取 τ = 1，取 μ = 〇· 05。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其特征在于所述的步驟 ② -4 中取 Τ' = 10,取 β = 30。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其特征在于所述的步驟 ② -5 中取屮=2, Vi = 3, u2 = 3, ν2 = 2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多功能立體圖像數(shù)字水印方法，其特征在于所述的步驟 ③ -1 中取 τ = 1，取 μ = 〇· 05,取 λ = 〇· 000001，取 Xi = 3, Yi = 3, x2 = 2, y2 = 4, x3 = 4, y3 = 2, x/ = 4, y/ = 4, x2' = 3, y2' = 4, x3' =4, y3' = 3。
【文檔編號】G06T1/00GK104123693SQ201410294569
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】蔣剛毅, 周武杰, 駱挺, 王晶, 高巍 申請人:寧波大學(xué)