面向屏摄过程的遥感影像数字水印算法研究

发布时间：2020-07-04 15:45

【摘要】：遥感影像作为地理空间信息的主要数据来源之一,具有数据量庞大、更新速度快、精度高等特点,被广泛应用于国土、测绘、环境等领域。遥感影像数据共享能够有效提高数据的利用率,充分发挥数据的应用价值。然而在共享过程中,数据安全问题也日益突出。近年来,随着“4G”技术的普及以及摄像技术的不断提高,手机及数码相机等设备被广泛使用,屏幕拍摄(简称“屏摄”)操作较为常见。比如,在密级遥感影像进行分发过程中,若接触机密数据的人员通过屏摄将数据进行泄密,数据版权信息很难得到保护。如何针对屏摄行为对数据版权进行保护是目前亟待解决的问题。此外对于无法直接获取的疑似泄密数据,也可通过屏摄进行取证。因此,研究面向屏摄过程的安全技术具有重要意义。数字水印技术作为一种信息安全技术,通过将水印信息利用特定算法隐藏于数字内容中,由此来确定数据版权所有者、跟踪侵权行为、认证数据内容和追溯数据来源等。运用数字水印技术可有效震慑和追踪泄密者,为保护遥感影像数据安全提供了一种切实可行的解决途径。本文通过分析屏摄过程并结合快速响应矩阵码(Quick Response Code,QR码)技术,对面向屏摄过程的遥感影像数字水印算法展开了研究。主要研究工作和结论如下:(1)阐述遥感影像数字水印攻击方式和水印算法相关评价指标,为设计和衡量抗屏摄攻击水印算法建立理论基础。分析屏摄过程对遥感影像产生的影响并总结攻击类型,基于此提出面向屏摄过程的校正方案并进行应用实验,为后续水印信息检测提供方法支撑。(2)针对屏摄算法水印承载力有限的问题,将QR码作为水印信息生成方式,并从水印信息容量和嵌入数据量、抗攻击能力两方面探讨其优势。之后对QR码水印信息进行结构解析,提出一种QR码水印信息预处理方法并进行实验验证。实验结果表明,QR码作为水印信息能够以较少的数据量表达较多的水印内容,其强自纠错性和预处理方法有效增加了抗攻击能力,减少了水印信息的嵌入数据量。(3)针对由屏摄过程引起的多种单个攻击类型,通过分析DCT域系数的相关特性选定特征值,提出一种基于QR码和DCT特征值的遥感影像水印算法。该算法通过特征值映射方式,确定水印信息嵌入位置,并将水印信息以奇偶量化的方式嵌入至分块DCT低频直流系数中。由实验结果可知,该算法可有效抵抗JPEG压缩、噪声、滤波、模糊等因屏摄过程引起的单个攻击,具备较强的不可感知性和鲁棒性,为研究抵抗整个屏摄过程攻击的水印算法建立基础。(4)为抵抗屏摄过程中多种复合攻击等问题,将水印信息进行编码和转换,结合圆形角度模板水印,提出一种基于QR码和圆形角度模板的遥感影像水印算法,以此抵抗屏摄全过程攻击。该算法采用圆形角度模板水印信息代替0/1序列水印信息,并结合遥感影像最小可察觉误差(Just Noticeable Distortion,JND)完成水印信息的嵌入;在水印信息检测之前,采用Harris角点检测和透视变换对待检测数据进行定位和校正;在水印信息检测过程中,引入图像形态学知识,通过检测模板水印的角度信息进而得到对应的水印信息。实验结果表明,该算法能从遭受屏摄攻击的影像中无损检测出水印信息,可有效抵抗整个屏摄过程的攻击;同时在抵抗JPEG压缩、缩放、色彩调整、旋转以及噪声、滤波、模糊等攻击方面具有较强的鲁棒性。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P237
【图文】：

版本,符号结构,符号,二值图像

每个ＱＲ码符号都是一个正方形阵列，由数据及纠错码字、格式信息和包括逡逑位置探测图形、校正图形、分隔符、定位图形在内的功能图形构成。功能图形部逡逑分不用于数据编码，符号的四周为空白区域。图３．１为版本２所示ＱＲ码的符号逡逑结构图。逡逑２１逡逑

编码字符,具体编码,数据分析,版本信息

息、在矩阵中布置模块、掩膜、加入格式和版本信息等七步［５６］。编码的正确与逡逑否直接决定了译码的结果是否准确可靠。因此，ＱＲ码的编码过程尤其重要。逡逑ＱＲ码的编码流程如图３．２所示：逡逑２３逡逑

【参考文献】