專利名稱：基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地理信息版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)瓦片遙感影像數(shù)據(jù)的采用黃金分割法的數(shù)字水印方法，以提高遙感影像數(shù)字水印算法抗拼接能力，實(shí)現(xiàn)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用更加廣泛，許多網(wǎng)站如百度、谷歌等都提供電子地圖服務(wù)，特別是以Google Earth為代表的地理數(shù)據(jù)發(fā)布軟件的大眾化，極大地推動(dòng)
了地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國也在大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)，國家測繪地理信息局聯(lián)合全國各省市開發(fā)了“天地圖”網(wǎng)站，積極推動(dòng)了地理信息資源共建共享，在很短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了全國多尺度、多類型的資源綜合利用和在線服務(wù)，開通4天訪問人數(shù)就高達(dá)460多萬人次。目前，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下地理數(shù)據(jù)服務(wù)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展態(tài)勢。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下地理數(shù)據(jù)通常是以切片的形式存放于服務(wù)端，切片大小是256X256的像素。瓦片金字塔是一種多分辨率數(shù)據(jù)模型，其核心是分層和分塊，將原始數(shù)據(jù)按照不同分辨率重采樣產(chǎn)生新的圖層，同一圖層按指定的網(wǎng)格大小進(jìn)行均勻剖分即得瓦片。首先是將原始的影像數(shù)據(jù)建立影像金字塔，然后將每個(gè)級(jí)別影像金字塔按照固定的大小生成瓦片遙感數(shù)據(jù)，以圖片文件的形式存儲(chǔ)在服務(wù)器的硬盤目錄下。系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇范圍加載瓦片遙感數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)渲染方式響應(yīng)速度更快，更加方便快捷，是目前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中常用方法。瓦片遙感數(shù)據(jù)還具有數(shù)據(jù)量巨大、更新快特點(diǎn)，例如“天地圖”網(wǎng)站，主節(jié)點(diǎn)與分節(jié)點(diǎn)的總瓦片數(shù)高達(dá)百億片。但是，這種瓦片儲(chǔ)存方式的數(shù)據(jù)存在一個(gè)致命弱點(diǎn)，即是十分易于下載，以致目前地理數(shù)據(jù)非法下載、非法使用、非法謀利等安全問題日益嚴(yán)重和突出，嚴(yán)重危害了數(shù)據(jù)擁有者的權(quán)益，擾亂了地理信息產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。采用有效的技術(shù)手段保護(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)是目前迫切需要解決的問題。數(shù)字水印技術(shù)是信息安全的前沿技術(shù)，它將水印信息與載體數(shù)據(jù)緊密結(jié)合并隱藏其中，成為載體數(shù)據(jù)不可分離的一部分，由此來確定版權(quán)擁有者、跟蹤侵權(quán)行為、認(rèn)證數(shù)字內(nèi)容真實(shí)性、提供關(guān)于數(shù)字內(nèi)容的其他附加信息等。數(shù)字水印技術(shù)發(fā)展于上世紀(jì)90年代中期，目前在圖像、視頻、音頻等領(lǐng)域的安全保護(hù)方面發(fā)展得較為成熟，并取得了許多成功應(yīng)用。近年來，在地理數(shù)據(jù)安全保護(hù)方面，數(shù)字水印得到了高度的關(guān)注，也取得了許多重要成果，為地理數(shù)據(jù)安全保護(hù)做出了重要貢獻(xiàn)。然而，從目前的研究來看，針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)的數(shù)字水印技術(shù)研究還很缺乏。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)施有效的瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)和信息安全手段成為測繪數(shù)字化應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)新問題，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前瓦片遙感數(shù)據(jù)水印技術(shù)無法解決水印信息同步、難以抵抗拼接攻擊，無法有效保護(hù)瓦片遙感數(shù)據(jù)版權(quán)問題，提出一種基于黃金分割法的抗拼接水印算法，使得水印算法在保持抗幾何攻擊基礎(chǔ)上，能有效抵抗瓦片數(shù)據(jù)的拼接攻擊，從而提高了算法的魯棒性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為一種基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟
(1)水印信息生成讀取有意義的文字；按照編碼方式將讀取的文字信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列W = {0,1},轉(zhuǎn)換得到的序列長度為Length ;將生成的二進(jìn)制序列進(jìn)行擴(kuò)頻為長度為
況，其中i財(cái);對(duì)擴(kuò)頻的二值序列置亂，得到水印信息巧；
(2)水印嵌入確定水印信息的嵌入位置；建立水印信息位與瓦片遙感數(shù)據(jù)之間 的多對(duì)一映射函數(shù)，即確定函數(shù)}T =其中，IT表示水印嵌入位，分別表示遙感數(shù)據(jù)灰度值及其窗口均值參數(shù)；建立嵌入規(guī)則，水印信息的嵌入方式可以表示為x fT[/tir，兄)]，根據(jù)建立的映射函數(shù)確立在像素值,T處嵌入水印信息*表示水印的嵌入
規(guī)則；保存嵌入水印信息后的影像數(shù)據(jù)；
(3)水印檢測過程讀取含水印信息的遙感影像數(shù)據(jù)，獲取影像的大??；對(duì)影像的水平方向進(jìn)行黃金分割，分別計(jì)算分割后兩部分的相關(guān)系數(shù)，比較兩部分的相關(guān)系數(shù)大小，保留相關(guān)系數(shù)大的那一部分影像；對(duì)保留下的影像塊進(jìn)行垂直方向的黃金分割，分別計(jì)算分割后兩部分影像的相關(guān)系數(shù)，比較兩部分的相關(guān)系數(shù)大小，保留相關(guān)系數(shù)大的那一部分影像；重復(fù)以上水平和豎直方向的分割比較過程；當(dāng)相關(guān)系數(shù)大的部分影像的相關(guān)系數(shù)值大于預(yù)先設(shè)定的閾值，或者是分割后的影像塊大小小于等于預(yù)先設(shè)定的最小分塊大小時(shí)停止，并輸出檢測結(jié)果。編碼方式為可逆編碼方式。嵌入規(guī)則為量化的嵌入規(guī)則。影像設(shè)定的最小分塊大小為256 X 256，閾值為0. 5。本發(fā)明基于映射函數(shù)將瓦片遙感數(shù)據(jù)與水印信息建立了多對(duì)一的函數(shù)關(guān)系，解決了水印信息不同步的問題，為瓦片數(shù)據(jù)抗拼接攻擊提供了前提，基于黃金分割法的搜索機(jī)制能夠快速、準(zhǔn)確的定位到含水印影像塊，在原有水印算法基礎(chǔ)上，有效提高了水印算法的抗攻擊能力，解決了瓦片遙感數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)問題。該方法魯棒性強(qiáng)，適用于瓦片遙感數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)中。


圖I是本發(fā)明一種基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法的水印嵌入與檢測流程圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中原始瓦片遙感數(shù)據(jù)。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中嵌入的水印信息。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中拼接后的瓦片遙感數(shù)據(jù)。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中提取的水印信息。圖6是本發(fā)明實(shí)施例中拼接后提取的水印信息。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本實(shí)施例選擇單波段的瓦片遙感數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)的讀取、預(yù)處理、水印信息生成、水印嵌入、含水印數(shù)據(jù)保存、搜索影像塊、水印檢測、檢測結(jié)果輸出的整個(gè)過程，給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。如圖2，本實(shí)施例選擇一幅瓦片遙感數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小為256x256，數(shù)據(jù)格式為tif。I.水印信息生成
步驟一輸入待嵌入的文字信息，本實(shí)施例的水印信息為吉印水印，如圖3所示。步驟二 將輸入的文字信息采用編碼機(jī)制進(jìn)行編碼，生成二進(jìn)制序列。步驟三擴(kuò)頻生成的二進(jìn)制序列，采用I擴(kuò)頻所有的數(shù)據(jù)，長度為1000位。
·
步驟四采用置亂方法，將1000位二進(jìn)制序列進(jìn)行加密，得到水印信息，用于水印嵌入操作。2.水印嵌入
步驟一讀取實(shí)驗(yàn)的瓦片遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的大小為256x256。步驟二 獲取遙感影像中心像元值和鄰域窗口均值，窗口大小設(shè)置為7x7。設(shè)中心
像元值為映射函數(shù)的自變量.、，鄰域窗口均值為另一個(gè)自變量7 =艱i)
IiKj)kxk
O步驟三建立水印位,Q與遙感數(shù)據(jù)(U)的映射函數(shù)，W0 =該映射函數(shù)應(yīng)該盡可能的在上
滿映射。步驟四采用量化的方式進(jìn)行水印嵌入，遍歷整個(gè)瓦片數(shù)據(jù)進(jìn)行水印嵌入。步驟五保存嵌入水印后的瓦片數(shù)據(jù)。3.基于黃金分割法搜索機(jī)制的遙感數(shù)據(jù)水印檢測規(guī)則
步驟一讀取待檢測遙感數(shù)據(jù)，并獲取待檢測數(shù)據(jù)的大小AfxiV。步驟二 初始化檢測的水印信息，將1000位的水印信息全部設(shè)置為0，即Wt 二 {0}。步驟三判斷iVxF與256x256之間的大小關(guān)系。如果大于，則進(jìn)行步驟四，否貝U，直接檢測水印，輸出結(jié)果。步驟四進(jìn)行水平和垂直方向的交替水印檢測，在兩個(gè)方向上都是保留相關(guān)系數(shù)大的那一部分影像。步驟五輸出檢測結(jié)果。本發(fā)明所提出的方法是專門針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，在進(jìn)行水印檢測時(shí)，采用黃金分割法搜索機(jī)制進(jìn)行搜索含有水印的影像塊，有效剔除了不含有水印信息影像塊的影響，也能快速、準(zhǔn)確的搜索到含有水印的影像塊?？梢钥闯?，采用黃金分割法進(jìn)行搜索含水印影像塊的方法可以有效抵抗拼接攻擊，水印算法的魯棒性也得到了較大的提聞。4.測試與分析
本發(fā)明所提出的方法是專門針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的水印方法，采用該方法可以開發(fā)并實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字水印技術(shù)的瓦片遙感數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)。
(I)瓦片遙感數(shù)據(jù)提取水印
對(duì)嵌入水印后的瓦片遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行水印信息提取，如果瓦片遙感數(shù)據(jù)大小為256x256則直接進(jìn)行水印信息提取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以準(zhǔn)確的提取水印信息，且提取率都為
100% o(2)格式轉(zhuǎn)換攻擊
將保存的tif 含水印影像另存為.bmp或.png格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的容量大小、頭文件都會(huì)發(fā)生改變，但是這些攻擊并未改變影像的像元值，因而可以有效提取出水印信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以有效抵抗格式轉(zhuǎn)換攻擊，且提取率都為100%。(3)拼接攻擊
瓦片遙感數(shù)據(jù)在使用過程中，往往需要進(jìn)行拼接處理，拼接后遙感影像的大小和相對(duì)位置都發(fā)生了改變，此時(shí)的水印信息并未消失，然而如何準(zhǔn)確定位水印信息的嵌入位置成為解決的關(guān)鍵。本方法基于黃金分割法進(jìn)行水印嵌入位置的搜索，可以快速準(zhǔn)確的定位嵌入水印的位置，從而有效提取出水印信息。將四幅含水印的瓦片遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，其中一幅數(shù)據(jù)不含有水印信息，拼接的效果如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，拼接后水印信息仍然可以正確提取出，實(shí)驗(yàn)中水印的提取率為100%。權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟 (1)水印信息生成 讀取有意義的文字； 按照編碼方式將讀取的文字信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列,={0.1},轉(zhuǎn)換得到的序列長度為Lmgth ； 將生成的二進(jìn)制序列進(jìn)行擴(kuò)頻為長度為況，其中S-V ; 對(duì)擴(kuò)頻的二值序列置亂，得到水印信息螂; (2)水印嵌入 確定水印信息的嵌入位置； 建立水印信息位與瓦片遙感數(shù)據(jù)之間的多對(duì)一映射函數(shù)，即確定函數(shù)JT =,其中，JT表示水印嵌入位，k凡)分別表示遙感數(shù)據(jù)灰度值及其窗口均值參數(shù)； 建立嵌入規(guī)則，水印信息的嵌入方式可以表示為根據(jù)建立的映射函數(shù)確立在像素值;r處嵌入水印信息， 表示水印的嵌入規(guī)則； 保存嵌入水印信息后的影像數(shù)據(jù)； (3)水印檢測過程 讀取含水印信息的遙感影像數(shù)據(jù)，獲取影像的大?。? 對(duì)影像的水平方向進(jìn)行黃金分割，分別計(jì)算分割后兩部分的相關(guān)系數(shù)，比較兩部分的相關(guān)系數(shù)大小，保留相關(guān)系數(shù)大的那一部分影像； 對(duì)保留下的影像塊進(jìn)行垂直方向的黃金分割，分別計(jì)算分割后兩部分影像的相關(guān)系數(shù)，比較兩部分的相關(guān)系數(shù)大小，保留相關(guān)系數(shù)大的那一部分影像； 重復(fù)以上水平和豎直方向的分割比較過程； 當(dāng)相關(guān)系數(shù)大的部分影像的相關(guān)系數(shù)值大于預(yù)先設(shè)定的閾值，或者是分割后的影像塊大小小于等于預(yù)先設(shè)定的最小分塊大小時(shí)停止，并輸出檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，其特征在于所述編碼方式為可逆編碼方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，其特征在于所述嵌入規(guī)則為量化的嵌入規(guī)則。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，其特征在于所述影像設(shè)定的最小分塊大小為256X256，閾值為0. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字水印技術(shù)的針對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)方法，本發(fā)明的方法基于對(duì)瓦片遙感數(shù)據(jù)特征及其對(duì)版權(quán)保護(hù)的需求進(jìn)行了分析，拼接后的含水印遙感數(shù)據(jù)沒有丟失水印信息，只是坐標(biāo)位置發(fā)生了改變，通過建立的水印嵌入規(guī)則有效保證了原始數(shù)據(jù)與水印信息之間的同步關(guān)系。在進(jìn)行水印檢測時(shí)，采用黃金分割法搜索機(jī)制來快速、準(zhǔn)確定位含有水印信息的影像塊，在該影像塊中進(jìn)行水印信息的提取。該方法充分利用了瓦片遙感數(shù)據(jù)的像元值在拼接前后的特性，解決了拼接后水印信息的正確提取，極大的提高了水印算法的魯棒性，解決了目前瓦片數(shù)據(jù)無法抵抗拼接攻擊的問題，有效保護(hù)了瓦片數(shù)據(jù)的版權(quán)問題。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102682239SQ20121013942
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者任娜, 崔翰川, 朱一姝, 朱長青 申請(qǐng)人:常熟南師大發(fā)展研究院有限公司