《基于特征点的矢量空间数据盲水印方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于特征点的矢量空间数据盲水印方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104091304 A (43)申请公布日 2014.10.08 CN 104091304 A (21)申请号 201410376061.8 (22)申请日 2014.08.02 G06T 1/00(2006.01) (71)申请人 兰州交通大学 地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁西路 88 号兰州交通大学 708 信箱 (72)发明人 张黎明 闫浩文 齐建勋 张永忠 禄小敏 (54) 发明名称 基于特征点的矢量空间数据盲水印方法 (57) 摘要 数字水印被认为是一种有效的数字地图版权 保护方法。 如果在某一方面鲁棒性不高的水印， 就 会导致水印被破坏或删除，。
2、 那么数据将失去保护。 本发明构建了一种新的 “基于特征点的矢量点空 间数据盲水印方法” ， 将水印嵌入特征点中以增强 水印的鲁棒性。该算法既利用 DFT 变换域水印算 法抵抗几何攻击的优势， 又避免 DFT 变换域算法 局部性的缺点， 对增加点、 删除点、 压缩、 裁剪等攻 击具有较高的鲁棒性， 且实现盲检测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104091304 A CN 104091304 A 1/1 页 2 1. 基于特征点。
3、的矢量地理空间数据全盲水印方法， 其特征包括以下步骤 ： 水印图像生成及预处理 ： 对水印信息应用 Logistic 混沌系统进行置乱处理加密， 生成水印图像 ； 然后提取矢量 数据特征点， 以几何对象 ( 线对象或面对象 ) 为单位进行水印信息的嵌入。 2. 水印信息嵌入 ： 第一步， 需要对水印信息进行置乱处理， 本算法应用 Logistic 混沌变换来置乱水 印图像， 混沌变换的初始值可以作为水印信息提取的密码， 变换置乱后的水印图像为一 维序列 wi=0,1|i=0,1,M-1， M 为水印长度 ； 第二步， 读取矢量地理空间数据， 以几 何对象 ( 线对象或面对象 ) 为单位进行水印。
4、信息的嵌入， 应用 D-P 方法提取几何对象 的特征点， 并读取特征点的坐标， 产生复数序列 ak ； 第三步， 对序列 ak 进行 DFT 变 换， 变换后的 DFT 系数 al， 该序列包括幅度系数 |Al| 和相位系数 Al ； 第四步， 首先， 对幅度系数 |Al| 和相位系数 Al 分别放大 1012倍， 其次， 应用量化嵌入方 法对放大后的幅度系数 |Al| 和相位系数 Al 嵌入水印， 得出嵌入水印后的系数 ； 再次， 将嵌入水印后的傅里叶系数再缩到原来的大小 ； 对进行离散傅里叶逆变换， 得到嵌入水印后的复数序列 a k ； 根据序列 a k 修改相应特征点坐标， 得到嵌入水印。
5、 后的矢量数据。 3. 水印信息的提取 ： 水印信息的提取是水印信息嵌入过程的逆过程， 采用嵌入水印的量化值 R， 计算出系数 所在的量化区间， 各自提取出幅度系数水印和相位系数水印 ； 对提取到的两个一维水印序 列， 变换为二维图像并反置乱， 得到最终水印图像。 权 利 要 求 书 CN 104091304 A 2 1/3 页 3 基于特征点的矢量空间数据盲水印方法 技术领域 0001 本发明属于地图学与地理信息科学技术领域， 是一种变换域矢量地理空间数据盲 水印算法。 背景技术 0002 矢量地理空间数据是国家重要的战略性信息资源， 是经济、 军事、 国防建设和社会 发展的基础数据， 获取。
6、通常要借助于昂贵的专业设备和花费大量的人力、 物力， 所以， 其版 权保护至关重要。 矢量地理空间数据以数字化的形式保存， 在方便数据拷贝和传播的同时， 也使盗版变得极其容易。目前， 迫切需要可靠的技术保障地理空间数据的安全。 0003 数字水印被认为是一种有效的数字地图版权保护方法。 如果在某一方面鲁棒性不 高的水印， 就会导致水印被破坏或删除， 那么数据将失去保护。一般来说， 针对矢量数据的 水印攻击方式有四类 ： 几何攻击， 顶点攻击 ( 増删点、 简化、 裁剪、 压缩 )， 对象重排序攻击， 噪声攻击， 这几种攻击方式包括了对数据正常操作引起对水印的破坏， 也包括人为恶意攻 击以破坏或。
7、移除水印。 因此， 针对矢量空间数据鲁棒性水印算法， 要考虑到以上各种攻击才 能真正起到版权保护的作用。 发明内容 0004 针对上述情况， 本发明的目的就是提出了一种 “基于特征点的矢量点空间数据盲 水印方法” ， 将水印嵌入特征点中， 以增强水印的鲁棒性。该算法既利用 DFT 变换域水印算 法抵抗几何攻击的优势， 又避免 DFT 变换域算法局部性的缺点， 对增加点、 删除点、 压缩、 裁 剪等攻击具有较高的鲁棒性， 且实现盲检测。 0005 本发明方法包括 ： 水印信息的嵌入和水印信息的提取。 0006 水印信息嵌入是指把水印信息嵌入到原始矢量地理空间数据中， 得到含水印信 息的矢量地理空。
8、间数据。步骤如下， 第一步， 需要对水印信息进行置乱处理。本算法应用 Logistic混沌变换来置乱水印图像。 混沌变换的初始值可以作为水印信息提取的密钥。 变 换置乱后的水印图像为一维序列 wi=0,1|i=0,1,M-1， M 为水印长度。第二步， 读取矢 量地理空间数据， 以几何对象(线对象或面对象)为单位进行水印信息的嵌入。 应用D-P方 法提取几何对象的特征点， 并读取特征点的坐标， 产生复数序列 ak。第三步， 对序列 ak 进行 DFT 变换， 变换后的 DFT 系数 al， 该序列包括幅度系数 |Al| 和相位系数 Al。 第四步， 首先， 对幅度系数 |Al| 和相位系数 A。
9、l 分别放大 1012倍。其次， 应用量化嵌 入方法对放大后的幅度系数 |Al| 和相位系数 Al 嵌入水印， 得出嵌入水印后的系数 。再次， 将嵌入水印后的傅里叶系数再缩小到原来的大小 ； 对 进行离散傅里叶逆变 换， 得到嵌入水印后的复数序列 a k ； 根据序列 a k 修改相应特征点坐标， 得到嵌入水 印后的矢量数据。 0007 水印信息的提取是水印信息嵌入过程的逆过程。 采用嵌入水印的量化值R， 计算出 说 明 书 CN 104091304 A 3 2/3 页 4 系数所在的量化区间， 各自提取出幅度系数水印和相位系数水印 ； 对提取到的两个一维水 印序列， 变换为二维图像并反置乱，。
10、 得到最终水印图像。 0008 本发明方法先进、 科学， 保证水印信息的有效提取， 隐蔽性好， 能够保证嵌入水印 信息后数据的精度。 通过实验表明， 该方法对矢量地理空间数据的增删点操作、 数据对象顺 序置乱和裁剪等攻击具有较好的鲁棒性， 并且是一种盲水印算法， 具有较好的使用价值。 附图说明 0009 图 1 是道格拉斯 - 普克法示意图 图 2 是水印嵌入过程 图 3(a) 是原始水印 图 3(b) 是置乱后水印 图 4 是误差分布直方图 图 5(a) 是原始矢量图 图 5(b) 是含水印矢量图 图 5(c) 是叠加后局部放大图 表 1 是实验数据均方根误差和最大误差统计表 表 2 是本发。
11、明中几何攻击的鲁棒性 表 3 是本发明中増、 删点及裁剪攻击的鲁棒性 攻击类型 增加点到 164258随机删除 1% 点随机删除 5% 点随机删除 10% 点裁剪剩余 952 要素裁剪剩余 141 要素 水印 NC10.930.680.590.920.78 表 4 是本发明中 D-P 压缩、 要素删除攻击的鲁棒性 攻击类型 压 缩 阈 值 0.001 压缩阈值 0.01 压 缩 阈 值 0.02 压 缩 阈 值 0.03 删除10%要素 删除 20% 要素 删除 50% 要素 水印 NC1110.5110.990.92 具体实施方式 0010 为了详细说明本发明的技术内容、 构造特征、 所实现。
12、的目的及所达到的效果， 以下 结合具体实施方式详细说明。 0011 本发明的实施步骤可以概括为两个部分 ： 水印信息嵌入和水印信息提取。下面对 各实施步骤进行进一步的阐述。 说 明 书 CN 104091304 A 4 3/3 页 5 0012 水印信息嵌入是指把水印信息嵌入到原始矢量地理空间数据中得到含水印信息 的矢量地理空间数据。 0013 步骤一 ： 首先需要对水印信息进行置乱处理。 本算法应用Logistic混沌变换来置 乱水印图像。混沌变换的初始值可以作为水印信息提取的密码。变换置乱后的水印图像为 一维序列 wi=0,1|i=0,1,M-1， M 为水印长度。 0014 步骤二 ： 。
13、读取矢量地理空间数据， 以几何对象(线对象或面对象)为单位进行水印 信息的嵌入。 应用D-P方法提取几何对象的特征点。 为了最大程度上抵抗D-P压缩攻击， 在 数据可用性允许的前提下， 尽可能使用最大阈值提取特征点。读取特征点坐标， 根据式 (1) 产生复数序列 ak。 0015 ak = xk + iyk (k=0,1,N-1) (1) 其中 xk , yk为特征点坐标值， N 为特征点数目。 0016 步骤三 ： 对序列 ak 进行 DFT 变换， 变换后的 DFT 系数 al。该序列包括幅度系 数 |Al| 和相位系数 Al。 0017 步骤四 ： 为了减小水印嵌入对空间数据精度的影响，。
14、 水印一般嵌入变换后系数的 小数位部分， 最好是嵌入小数点 10 位以后。因此， 对幅度系数 |Al| 和相位系数 Al 分别放大 1012倍。 0018 步骤五 ： 应用量化嵌入方法对放大后的幅度系数 |Al| 和相位系数 Al 嵌入 水印。通过式 (2) 计算得出嵌入水印后的系数。 0019 (2) 其中 R 为量化值。 0020 步骤六 ： 将嵌入水印后的傅里叶系数再缩小到原来的大小。 0021 步骤七 ： 对 进行离散傅里叶逆变换， 得到嵌入水印后的复数序列 a k。 0022 步骤八 ： 根据序列 a k 修改相应特征点坐标， 得到嵌入水印后的矢量数据。 0023 水印信息提取是指从。
15、待检测矢量地图中提取水印信息内容， 具体步骤如下 ： 步骤一 ： 读取待测数据， 应用 D-P 方法提取特征点。 0024 步骤二 ： 根据式 (1) 产生复数序列 a k。 0025 步骤三 ： 对序列 a k 进行 DFT 变换， 得到离散傅里叶系数 。 0026 步骤四 ： 对 幅度系数和相位系数分别放大 1012倍。 0027 步骤五 ： 采用嵌入水印时的量化值 R， 计算出系数所在的量化区间， 各自提取出幅 度系数水印和相位系数水印。 0028 步骤六 ： 对提取到的两个一维水印序列， 变换为二维图像并反置乱， 得到最终水印 图像。 说 明 书 CN 104091304 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3(a) 图 3(b) 说 明 书 附 图 CN 104091304 A 6 2/2 页 7 图 4 图 5(a) 图 5(b) 图 5(c) 说 明 书 附 图 CN 104091304 A 7 。