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《哈尔滨工程大学》 2007年
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数字图像和三维模型水印算法的研究

谭秀湖  
【摘要】: 近年来,随着科技的发展,尤其是计算机的普及和Internet的广泛使用,数字媒体及其相关产品得到迅猛发展,数字音像制品以及其它电子出版物的传播和交易变得越来越便捷。这些新技术的使用,给人们带来了极大的方便,但随之而来的侵权和盗版活动也呈日益猖獗之势,因此如何在网络中实施有效的版权保护和解决信息安全的问题,已经成为了一个迫在眉睫的研究课题。数字水印是实现版权保护的有效办法,被广泛应用于授权认证、版权保护、指纹识别和数字签名等许多方面。 在不影响宿主的视觉质量的前提下,以降低攻击者对算法成功攻击的可能性(即算法的安全性),以及增加算法对于操作等具有鲁棒性为目标,本文的研究工作及创新点包括以下几个方面: 1)针对灰度数字图像,提出了两种盲数字水印算法,基于特征空间分解的非对称水印算法和基于最优空间算法。基于特征空间分解的非对称水印算法,首先通过对宿主图像进行特征空间分解方法,然后对嵌入水印进行矩阵行或列满秩的构造,再利用行满秩和列满秩矩阵的酉矩阵存在性的性质,对公钥进行构造,使得算法可以非对称方式嵌入和提取水印。此外,从多个角度分析了算法的安全性,给出了理论上的分析,并通过实验结果予以验证。对于算法的鲁棒性,给出了理论上的分析和证明。基于最优空间算法,利用了时域嵌入宿主图像直流分量的方法,并且提出了改进算法。算法首先对宿主图像进行分块处理,选择每个分割图像子块的直流部分作为水印的嵌入域,使得将嵌入的水印对于几何攻击具有鲁棒性;然后,通过利用矩阵的反Kronecker积方法,求取水印的嵌入矩阵。通过嵌入矩阵变换,误差能量最小的影射到嵌入水印上,从而使得算法对于压缩、噪声等操作具有鲁棒性。另外,为增加算法的安全性,进行了水印非对称嵌入和提取的构造,并可以实现水印的盲提取,并且给出理论分析和证明。 2)对于彩色数字图像的版权保护问题,提出了利用彩色图像的色彩信息嵌入水印的方法。算法基于彩色图像的本身特征,利用色彩空间的转换,将水印嵌入到HIS空间的饱和度分量S的直流分量上。在水印提取时,提出了图像预处理技术,并且为了使得算法更加具有普遍意义,从统计学的角度,求取了误差修正分量,通过对被检测图像进行预处理操作,使得误差能量最小影射到饱和度空间。通过以上的构造,使得嵌入水印具有较高的鲁棒性能。 3)对于三维几何模型,算法基本思想是使得三维模型变换带来的误差能量,最小影射到嵌入水印上。为使嵌入的水印对于三维模型的拓扑变换和几何变换都具有鲁棒性,算法首先通过对三维网格顶点排序和挑选,排序和挑选的原则是使得被挑选的顶点具有最小的边距和,即通过对3D模型网格顶点优化选择,使得选择后的顶点受到拓扑攻击影响最小;然后,为了对几何攻击具有鲁棒性,算法通过计算选择后顶点扰动均方误差能量,将水印嵌入到受误差能量影响最小的空间,使得嵌入的水印受到几何攻击影响最小。实验结果表明,算法对几何攻击和拓扑攻击具有好的抵御能力。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP309.7;TP391.41

【参考文献】
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