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专利号: 2019100841137
申请人: 中国民航大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于变参数混沌映射的混合变换域图像零水印方法,包括零水印嵌入过程和零水印检测过程两部分,其特征在于,所述的方法包括按顺序进行的下列步骤:步骤1:将原始二值水印图像嵌入到需要被保护的原始载体图像中;具体步骤如下:

步骤1.1:将原始二值水印图像W进行Arnold置乱,得到置乱后的水印图像W1;

步骤1.2:采用变参数混沌映射系统生成一个随机序列,然后将其二值化后转化为一幅随机混沌二值图像G1;

步骤1.3:将生成的随机混沌二值图像G1和置乱后的水印图像W1进行异或操作,实现对原始二值水印图像W的加密而获得加密后的水印图像W2;

步骤1.4:将原始载体图像I进行l层非下采样金字塔分解,并对分解后的低频分量进行n1×n1的非重叠分块;

步骤1.5:将分块后的低频分量中所有的系数块分别独自地进行二维离散余弦变换,并提取每个系数块变换后的第一个交流系数而组成一个一维的特征向量;

步骤1.6:采用步骤1.2的方法生成一个新的随机序列,通过对该序列进行排序获得一个位置索引向量,使用该位置索引向量和步骤1.5中生成的特征向量来提取原始零水印序列;

步骤1.7:将步骤1.6中获得的原始零水印序列转化为一幅二值图像H并与步骤1.3中获得的加密后的水印图像W2进行异或操作,生成最终的认证零水印图像W′,将该认证零水印图像W′保存到注册机构的水印数据库中,并将零水印嵌入过程中使用过的相关密钥和原始载体图像I进行保存,即完成零水印的嵌入过程;

步骤2:对原始待认证图像进行零水印检测,具体步骤如下:

步骤2.1:先对原始待认证图像I1进行旋转攻击检测和旋转角度校正,获得校正后的待认证图像I2;

步骤2.2:将校正后的待认证图像I2进行l层非下采样金字塔分解,如果原始待认证图像I1没有经历过旋转攻击,直接将原始待认证图像I1进行l层非下采样金字塔分解,并对分解后的低频分量进行n1×n1的非重叠分块;

步骤2.3:将步骤2.2中分块后的低频分量中所有的系数块分别独自地进行二维离散余弦变换,并提取每个系数块变换后的第一个交流系数而组成一个一维的特征向量;

步骤2.4:按照步骤1.2的方法并使用与其相同的密钥生成一幅随机二值图像,同时按照步骤1.6的方法并使用与其相同的密钥产生随机序列,并通过对该序列进行排序获得与步骤1.6中相同的位置索引向量,然后使用该位置索引向量和步骤2.3中生成的一维特征向量获得原始待认证图像I1的特征零水印序列;

步骤2.5:将步骤2.4获得的特征零水印序列转化为一幅二值图像并先后与保存在注册中心的认证零水印图像和步骤2.4中按照步骤1.2的方法生成的随机二值图像进行异或操作,生成一幅新的二值图像并对其进行反Arnold置乱,从而获得最终提取出来的水印图像。

2.根据权利要求1所述的基于变参数混沌映射的混合变换域图像零水印方法,其特征在于:在步骤1.2中,所述的采用变参数混沌映射系统生成随机序列,然后将其二值化后转化为一幅随机混沌二值图像的方法为:采用下面公式(1)所描述的变参数混沌映射系统生成一个随机序列Y1={yn|n=1,2,…,M2+L1},舍去前L1个混沌特性相对不好的初值后获得一个新的随机序列P1={yn|n=L1+1,L1+2,…,M2+L1},将新的随机序列P1的每个元素通过与

0.5进行比较将其二值化为一个{0,1}序列,再将该{0,1}序列重新扫描为一幅随机混沌二值图像;

其中,μ为变参数混沌映射系统控制参数,x0、y0为变参数混沌映射系统初值;M2为原始二值水印图像W所包含的信息位的个数,L1是一个常数,这里将生成随机序列P1时采用的μ、x0、y0和L1一起可以作为密钥使用。

3.根据权利要求1或2所述的基于变参数混沌映射的混合变换域图像零水印方法,其特征在于:在步骤1.6中,所述的采用步骤1.2的方法生成一个新的随机序列,通过对该序列进行排序获得一个位置索引向量,使用该位置索引向量和步骤1.5中生成的特征向量来提取原始零水印序列的方法为:利用公式(1)所描述的变参数混沌映射系统采用不同于步骤1.2使用过的密钥生成一个随机序列Y2={yn|n=1,2,…,M2+L2},舍去前L2个混沌特性相对不好的初值后获得一个新的随机序列P2={yn|n=L1+1,L1+2,…,M2+L2},然后对新的随机序列P2进行升序排序[P3,S]=sort(P2)获得排序后的序列P3以及其位置索引向量S,然后利用该位置索引向量S并通过判定步骤1.5中生成的一维特征向量U(k)中每一个系数符号的极性来提取原始零水印序列V(k),公式如下:

4.根据权利要求1所述的基于变参数混沌映射的混合变换域图像零水印方法,其特征在于:在步骤2.1中,所述的先对原始待认证图像I1进行旋转攻击检测和旋转角度校正,获得校正后的待认证图像I2的方法为:(1)先计算原始载体图像I一个边缘上对应像素的均值MS1,再分别计算原始待认证图像I1中不同于所选原始载体图像I边缘的其它三个边缘上对应像素的均值MS2、MS3和MS4以及位于原始待认证图像I1中4个顶角位置上n2×n2大小图像块的均值MA1、MA2、MA3和MA4;

(2)通过比较MS1与MS2、MS3、MS4中任意一个是否相等或者MA1、MA2、MA3、MA4每一个值是否同时为0,判断待原始认证图像I1是否经历过旋转攻击;

(3)如果判断结果为是,执行下面步骤而对该图像进行旋转角度校正,否则直接执行步骤2.2;

(4)将大小为N×N的原始载体图像I和原始待认证图像I1进行相同比例的尺寸缩小,生成大小为N1×N1的载体图像A和待认证图像A1;

(5)将载体图像A在1~360°范围内依次进行角度为10m°的旋转并将旋转后图像记做A1m,其中m=1,2,3,…,36,然后分别计算每一次旋转后的载体图像A1m与待认证图像A1之间的归一化相关系数值,获得一个最大的归一化相关系数值NC1并将与其对应的角度记为

10m1°,归一化相关系数的计算公式如下:

(6)将载体图像A依次进行角度为10m1+e°的旋转并将旋转后图像记做A1e,其中e=-9,-

8,…9,10,然后分别计算每一次旋转后的载体图像A1e与待认证图像A1之间的归一化相关系数值,获得一个最大的归一化相关系数值NC2;

(7)最大的归一化相关系数值NC2对应的角度即为原始待认证图像I1的旋转角度,按照此角度对原始待认证图像I1进行逆旋转,由此完成对原始待认证图像I1的旋转角度校正并得到校正后的图像I2。

5.根据权利要求1或3所述的基于变参数混沌映射的混合变换域图像零水印方法,其特征在于:所述的步骤1.7中的相关密钥为:将步骤1.1中对原始二值水印图像W进行Arnold置乱时的置乱次数及置乱周期作为密钥1;将步骤1.2中采用变参数混沌映射系统生成随机序列时使用的相关参数作为密钥2;将步骤1.6中采用变参数混沌映射系统生成一个新的随机序列时使用的不同于密钥2的相关参数作为密钥3。