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专利号: 202411448920X
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,包括:将载体图像和水印信息输入至编码器中,利用编码器生成含有水印信息的编码图像;

将编码图像和载体图像输入至鉴别器中,利用鉴别器输出预测值;

对编码图像进行失真模拟,得到失真的编码图像;

将失真的编码图像输入至解码器中,提取出隐藏在失真的编码图像中的水印信息;

根据鉴别器的预测值以及联合损失函数,对编码器、鉴别器和解码器进行模型训练,利用训练之后的编码器和解码器组成屏摄水印模型,利用屏摄水印模型对屏摄图像进行编码和解码;

根据鉴别器的预测值以及联合损失函数,对编码器、鉴别器和解码器进行模型训练包括:将编码器、鉴别器和解码器输入至Adam优化器进行迭代训练,设置最大迭代次数,利用联合损失函数,进行反向传播。

2.根据权利要求1所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,将载体图像和水印信息输入至编码器中之前包括:从服从[0,1)区间内的标准均匀分布中随机抽取n0个数值元素,并将大于0.5的数值取

1,不大于0.5的数值取0,组成二进制水印密文信息,作为水印信息;

将原始载体图像尺寸处理至n1 n1,作为载体图像。

3.根据权利要求2所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,将载体图像和水印信息输入至编码器中包括:将载体图像进行三次下采样操作,依次得到局部特征图F1、F2、F3,每次下采样后进行最大池化操作;在第三次最大池化操作后得到局部特征图F4,再进行一次全局平均池化,得到全局特征图F5;将局部特征图F4和全局特征图F5拼接,得到特征图F6;

将水印信息经过一个全连接层得到水印张量M,且水印张量M的维度与特征图F6的维度相同;

将局部特征图F4、特征图F6和水印张量M在通道维度上拼接,并进行一次上采样,得到特征图D4;

将局部特征图F3、特征图D4和水印张量M在通道维度上拼接,并经过二次卷积层和上采样层,得到特征图D3;

将局部特征图F2、特征图D3和水印张量M在通道维度上拼接,并经过二次卷积层和上采样层,得到特征图D2;

将局部特征图F1、特征图D2和水印张量M在通道维度上拼接,并经过二次卷积层和1 1卷积层,得到编码图像D1。

4.根据权利要求3所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,将载体图像进行三次下采样操作包括:在每一次下采样时,将载体图像依次经过3×3卷积层、批归一化层、第一激活函数层、3×3卷积层、批归一化层、第二激活函数层和HWC注意力模块;

HWC注意力模块包括HAttention模块、WAttention模块和CAttention模块;

其中,在HAttention模块中,将输入特征图x分别经过自适应最大值池化操作和自适应全局平均池化操作,将宽度压缩为1,分别得到特征图maxh和特征图avgh,将特征图maxh依次通过1×1卷积层、激活函数层和1×1卷积层,得到特征图se(maxh),将特征图avgh依次通过1×1卷积层、激活函数层和1×1卷积层,得到特征图se(avgh),将特征图se(maxh)和特征图se(avgh)进行拼接,再通过激活函数层后得到特征图Ah;

在WAttention模块中,将输入特征图x分别经过自适应最大值池化和自适应全局平均池化,将高度压缩为1,得到特征图maxw和特征图avgw,将特征图maxw依次通过1×1卷积层、激活函数层和1×1卷积层,得到特征图se(maxw),将特征图avgw依次通过1×1卷积层、激活函数层和1×1卷积层,得到特征图se(avgw),将特征图se(maxw)和特征图se(avgw)进行拼接,再通过激活函数层后得到特征图Aw;

在CAttention模块中,将输入特征图x分别经过自适应最大值池化层和自适应全局平均池化层,将通道数压缩为1,然后将得到的两个张量在通道维度上进行拼接,再经过1×1卷积层将通道维数降维到1,再经过激活函数层得到特征图Ac;

将输入特征图x与特征图Ah、特征图Aw在高度和宽度维度相乘,再与特征图Ac在通道维度上相乘,得到的结果再与输入特征图x相加,作为HWC注意力模块的输出结果。

5.根据权利要求4所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,鉴别器为频谱归一化生成对抗网络,将载体图片和水印编码图像输入至频谱归一化生成对抗网络,鉴别器的输出为真或假,将鉴别器的输出结果输入至编码器中,并计算编码器损失函数LC和鉴别器损失函数LE,计算表达式分别为:,

式中,α和β是训练超参数,Xr和Xw分别表示载体图像和编码图像,Lnce和Lgan分别表示NCE损失和合页损失,C表示鉴别器的权重参数, 表示固定鉴别器的权重参数;E表示编码器的权重参数, 表示固定编码器的权重参数。

6.根据权利要求5所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,对编码图像进行失真模拟包括:利用透视变换随机扰动编码图像的四个角,然后对编码图像进行双线性重采样,创建透视扭曲后的图像;

利用光照模拟函数和摩尔纹模拟函数,对透视扭曲后的图像进行光照失真和摩尔纹失真模拟;

利用高斯噪声对现实场景下的干扰进行失真模拟。

7.根据权利要求6所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,解码器包括依次设置的3个单卷积块、3个残差卷积块、1个单卷积块、6个残差卷积块、1个单卷积块和1个全连接层。

8.根据权利要求7所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,提取出隐藏在失真的编码图像中的水印信息后包括:根据解码后的水印信息和原始的水印信息计算解码器损失函数LD,计算公式为:,

式中,M表示原始的水印信息,Md表示解码后的水印信息,γ D表示解码超参数,In表示失真后的编码图像,D(γ D, In)表示解码器对失真后的编码图像进行解码。

9.根据权利要求8所述的一种基于注意力机制和对比学习的屏摄图像鲁棒水印方法,其特征在于,联合损失函数由编码器损失函数、鉴别器损失函数以及解码器损失函数构成,公式如下:,

其中,λ1、λ2和λ3为对应损失函数的权重参数。