三维彩色点云模型的数字水印算法研究
发布时间：2021-07-10 05:47
随着3D打印技术的快速发展,物体以三维数字产品的形式广泛应用于多个领域。三维数字模型为人们的生产和生活带来了极大益处,但也面临着非法复制和传播等威胁。为了有效地保护三维数字产品的版权,三维数字水印算法应运而生。本文从鲁棒性和不可见性两个方面开展对彩色点云模型数字水印算法的研究,主要工作如下:（1）提出了离散余弦变换域三维彩色点云模型水印算法。该算法首先将彩色点云模型的顶点投影至二维平面,得到RGB彩色图像;然后对投影图像的坐标数组进行离散余弦变换;其次将水印嵌入到变换后的中频系数中;最后将含水印的彩色图像映射回点云模型,完成水印嵌入。实验结果表明,算法不仅保证了不可见性,而且对几何攻击具有鲁棒性,尤其是缩放、平移、旋转攻击,其顶点位置的变化不会影响所提取水印的质量,可应用于鲁棒性要求高的版权保护等场景。（2）提出了倒谱变换域三维彩色点云模型水印算法。该算法首先将彩色点云模型投影至二维平面,将投影得到的彩色图像由RGB空间转换到YCbCr空间;然后将水印嵌入到人眼不敏感的色度分量Cb中;其次将含水印的二维图像映射回三维模型;最后得到含水印的模型。实验结果表明,算法在满足鲁棒性的前提下,具...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三维模型在不同领域中的应用
影响三维模型的使用价值；二是人类视觉系统感知不到嵌入的水印；三是只有通过专用的检测算法才能将嵌入的水印准确地提取出来。算法的研究重点是水印嵌入和水印提取，在水印嵌入前，需要确定水印的嵌入位置和设计嵌入算法，这将决定了算法的不可见性和鲁棒性[37]。在实际应用中，由于含水印的三维模型可能遭受到不同类型的攻击，则提取出的水印信息不一定完整，则需要将提取出的水印与原始水印作相关性计算，以此来客观判断水印提取效果，对整个算法进行全面评估，并有针对性地进行下一步研究。三维模型的数字水印算法原理如图2.1所示。图2.1三维模型水印算法原理图（1）水印嵌入在水印嵌入系统中，输入端为原始水英原始三维模型，输出端为携带有水印信息的三维模型。其中，选择合适的模型属性对于水印嵌入至关重要，它不仅要保证不可见性，还要对不同类型的攻击具有一定的鲁棒性，这是数字水印算法研究的重点，亦是难点。目前，不同的研究学者提出的水印算法选择不同的模型属性进行水印嵌入，主流的属性有三维模型的顶点坐标、表面曲率、拓扑关系，除此之外，还有表面法向量、顶点颜色、纹理等。（2）水印提取水印提取过程是数字水印算法中另一个重要的步骤，一般而言，它是嵌入算法的逆过程。水印提取的目的是从接收到的含水印的三维模型中提取出水印，以便通过与原始水印的比较来评价数字水印算法的优劣。水印提取算法分为两种：非盲提取和盲提龋非盲提取指的是在检测时需要原始模型参与，而盲提取则不需要，本文提出的算法均是盲水印算法。
3DCT变换域三维彩色点云模型水印算法研究15图3.1水印嵌入原理图3.3.1水印图像预处理当版权信息使用一幅有意义的二值图像或灰度图像或彩色图像时，在提取的水印和原始水印之间将存在多个比特位错误，但是由于肉眼对色彩分辨率有限，就算发生多个比特位错误也不会过多地影响到图像的质量。如果错误的多个比特位并不是集中于某一块区域，则视觉的影响就可以忽略不计，这就可以间接地提高数字水印算法的鲁棒性，目前，置乱技术可以做到这一点。因此无论是二值图像还是灰度图像作为水印信号，在将其嵌入宿主图像之前，对水印信号进行置乱处理是必要的。现有大多数三维水印算法嵌入的水印是二值图像或者灰度图像，这导致了算法的嵌入容量受限，相比于同尺寸大小的灰度图像，彩色水印的信息量不仅是其三倍，而且在水印提取阶段，彩色水印色彩丰富，更易于识别。但同时，彩色水印算法的设计难度却有所增加，可如今在多媒体信息迅速发展的时代，彩色的版权图像使用越来越普遍，在现实中应用较为广泛，所以本算法将彩色图像作为水印进行嵌入。在嵌入过程之前对水印图像进行图像置乱，置乱矩阵选为Arnold矩阵，在嵌入时使用原矩阵，提取时利用Arnold矩阵的逆。Arnold变换是V.I.Arnold在研究环面上的自同态时提出的一种线性映射，Arnold变换的计算方式为：(x,y)(xy,x2y)(mod1)（3.4）其原意和图像处理并没有关系。离散Arnold变换又称为猫脸变换（catmapping），最初是用一只猫图片进行该变换，所以也叫猫脸变换。这种映射只是把图像的各像素点位置进行置换，即通过将原始图片上某一点的像素转化到另一个点上，像素值没有发生任何改变，只是位置发生了转移。变换公式如式（3.5）所示：""11(mod1)12xxyy（3.5）当图像做如上变换时，图
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印混凝土技术在新冠肺炎防疫方舱中的应用[J]. 王香港,王申,贾鲁涛,李进,刘培善,潘金龙,张亚梅. 混凝土与水泥制品. 2020(04)
[2]故宫院藏文物的三维数据采集与应用[J]. 欧阳宏. 数字图书馆论坛. 2019(07)
[3]文物三维模型数字水印与版权保护[J]. 刘浩宇,姜利利,侯妙乐,胡云岗. 遗产与保护研究. 2018(10)
[4]基于网格细分和边界自适应的三维模型可见水印[J]. 安新辰,倪蓉蓉,赵耀. 应用科学学报. 2016(05)
[5]基于离散余弦变换的三维点云模型全息盲水印[J]. 商静静,孙刘杰,王文举,秦杨,周中原. 包装工程. 2015(13)
[6]双重视图下的3维网格模型可见水印[J]. 陆尘,朱长青,王玉海. 中国图象图形学报. 2014(07)
[7]局部特征点的3维模型变换域水印算法[J]. 张建明,周小梅,王新宇,詹永照. 中国图象图形学报. 2014(04)
[8]基于DCT的战机3D模型多重水印算法[J]. 胡奇,翟朗,段锦. 吉林大学学报(信息科学版). 2014(02)
[9]基于DWT的3D点云模型数字水印算法[J]. 吴颖斌,耿国华,贺毅岳. 计算机工程. 2012(06)
博士论文
[1]3D彩色点云高效压缩算法及质量评价研究[D]. 张习民.上海大学 2017
本文编号：3275312
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三维模型在不同领域中的应用
影响三维模型的使用价值；二是人类视觉系统感知不到嵌入的水印；三是只有通过专用的检测算法才能将嵌入的水印准确地提取出来。算法的研究重点是水印嵌入和水印提取，在水印嵌入前，需要确定水印的嵌入位置和设计嵌入算法，这将决定了算法的不可见性和鲁棒性[37]。在实际应用中，由于含水印的三维模型可能遭受到不同类型的攻击，则提取出的水印信息不一定完整，则需要将提取出的水印与原始水印作相关性计算，以此来客观判断水印提取效果，对整个算法进行全面评估，并有针对性地进行下一步研究。三维模型的数字水印算法原理如图2.1所示。图2.1三维模型水印算法原理图（1）水印嵌入在水印嵌入系统中，输入端为原始水英原始三维模型，输出端为携带有水印信息的三维模型。其中，选择合适的模型属性对于水印嵌入至关重要，它不仅要保证不可见性，还要对不同类型的攻击具有一定的鲁棒性，这是数字水印算法研究的重点，亦是难点。目前，不同的研究学者提出的水印算法选择不同的模型属性进行水印嵌入，主流的属性有三维模型的顶点坐标、表面曲率、拓扑关系，除此之外，还有表面法向量、顶点颜色、纹理等。（2）水印提取水印提取过程是数字水印算法中另一个重要的步骤，一般而言，它是嵌入算法的逆过程。水印提取的目的是从接收到的含水印的三维模型中提取出水印，以便通过与原始水印的比较来评价数字水印算法的优劣。水印提取算法分为两种：非盲提取和盲提龋非盲提取指的是在检测时需要原始模型参与，而盲提取则不需要，本文提出的算法均是盲水印算法。
3DCT变换域三维彩色点云模型水印算法研究15图3.1水印嵌入原理图3.3.1水印图像预处理当版权信息使用一幅有意义的二值图像或灰度图像或彩色图像时，在提取的水印和原始水印之间将存在多个比特位错误，但是由于肉眼对色彩分辨率有限，就算发生多个比特位错误也不会过多地影响到图像的质量。如果错误的多个比特位并不是集中于某一块区域，则视觉的影响就可以忽略不计，这就可以间接地提高数字水印算法的鲁棒性，目前，置乱技术可以做到这一点。因此无论是二值图像还是灰度图像作为水印信号，在将其嵌入宿主图像之前，对水印信号进行置乱处理是必要的。现有大多数三维水印算法嵌入的水印是二值图像或者灰度图像，这导致了算法的嵌入容量受限，相比于同尺寸大小的灰度图像，彩色水印的信息量不仅是其三倍，而且在水印提取阶段，彩色水印色彩丰富，更易于识别。但同时，彩色水印算法的设计难度却有所增加，可如今在多媒体信息迅速发展的时代，彩色的版权图像使用越来越普遍，在现实中应用较为广泛，所以本算法将彩色图像作为水印进行嵌入。在嵌入过程之前对水印图像进行图像置乱，置乱矩阵选为Arnold矩阵，在嵌入时使用原矩阵，提取时利用Arnold矩阵的逆。Arnold变换是V.I.Arnold在研究环面上的自同态时提出的一种线性映射，Arnold变换的计算方式为：(x,y)(xy,x2y)(mod1)（3.4）其原意和图像处理并没有关系。离散Arnold变换又称为猫脸变换（catmapping），最初是用一只猫图片进行该变换，所以也叫猫脸变换。这种映射只是把图像的各像素点位置进行置换，即通过将原始图片上某一点的像素转化到另一个点上，像素值没有发生任何改变，只是位置发生了转移。变换公式如式（3.5）所示：""11(mod1)12xxyy（3.5）当图像做如上变换时，图
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印混凝土技术在新冠肺炎防疫方舱中的应用[J]. 王香港,王申,贾鲁涛,李进,刘培善,潘金龙,张亚梅. 混凝土与水泥制品. 2020(04)
[2]故宫院藏文物的三维数据采集与应用[J]. 欧阳宏. 数字图书馆论坛. 2019(07)
[3]文物三维模型数字水印与版权保护[J]. 刘浩宇,姜利利,侯妙乐,胡云岗. 遗产与保护研究. 2018(10)
[4]基于网格细分和边界自适应的三维模型可见水印[J]. 安新辰,倪蓉蓉,赵耀. 应用科学学报. 2016(05)
[5]基于离散余弦变换的三维点云模型全息盲水印[J]. 商静静,孙刘杰,王文举,秦杨,周中原. 包装工程. 2015(13)
[6]双重视图下的3维网格模型可见水印[J]. 陆尘,朱长青,王玉海. 中国图象图形学报. 2014(07)
[7]局部特征点的3维模型变换域水印算法[J]. 张建明,周小梅,王新宇,詹永照. 中国图象图形学报. 2014(04)
[8]基于DCT的战机3D模型多重水印算法[J]. 胡奇,翟朗,段锦. 吉林大学学报(信息科学版). 2014(02)
[9]基于DWT的3D点云模型数字水印算法[J]. 吴颖斌,耿国华,贺毅岳. 计算机工程. 2012(06)
博士论文
[1]3D彩色点云高效压缩算法及质量评价研究[D]. 张习民.上海大学 2017
本文编号：3275312
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