面向屏攝過程的遙感影像數(shù)字水印算法研究

發(fā)布時間：2020-07-04 15:45

【摘要】：遙感影像作為地理空間信息的主要數(shù)據(jù)來源之一,具有數(shù)據(jù)量龐大、更新速度快、精度高等特點,被廣泛應用于國土、測繪、環(huán)境等領域。遙感影像數(shù)據(jù)共享能夠有效提高數(shù)據(jù)的利用率,充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的應用價值。然而在共享過程中,數(shù)據(jù)安全問題也日益突出。近年來,隨著“4G”技術的普及以及攝像技術的不斷提高,手機及數(shù)碼相機等設備被廣泛使用,屏幕拍攝(簡稱“屏攝”)操作較為常見。比如,在密級遙感影像進行分發(fā)過程中,若接觸機密數(shù)據(jù)的人員通過屏攝將數(shù)據(jù)進行泄密,數(shù)據(jù)版權信息很難得到保護。如何針對屏攝行為對數(shù)據(jù)版權進行保護是目前亟待解決的問題。此外對于無法直接獲取的疑似泄密數(shù)據(jù),也可通過屏攝進行取證。因此,研究面向屏攝過程的安全技術具有重要意義。數(shù)字水印技術作為一種信息安全技術,通過將水印信息利用特定算法隱藏于數(shù)字內容中,由此來確定數(shù)據(jù)版權所有者、跟蹤侵權行為、認證數(shù)據(jù)內容和追溯數(shù)據(jù)來源等。運用數(shù)字水印技術可有效震懾和追蹤泄密者,為保護遙感影像數(shù)據(jù)安全提供了一種切實可行的解決途徑。本文通過分析屏攝過程并結合快速響應矩陣碼(Quick Response Code,QR碼)技術,對面向屏攝過程的遙感影像數(shù)字水印算法展開了研究。主要研究工作和結論如下:(1)闡述遙感影像數(shù)字水印攻擊方式和水印算法相關評價指標,為設計和衡量抗屏攝攻擊水印算法建立理論基礎。分析屏攝過程對遙感影像產生的影響并總結攻擊類型,基于此提出面向屏攝過程的校正方案并進行應用實驗,為后續(xù)水印信息檢測提供方法支撐。(2)針對屏攝算法水印承載力有限的問題,將QR碼作為水印信息生成方式,并從水印信息容量和嵌入數(shù)據(jù)量、抗攻擊能力兩方面探討其優(yōu)勢。之后對QR碼水印信息進行結構解析,提出一種QR碼水印信息預處理方法并進行實驗驗證。實驗結果表明,QR碼作為水印信息能夠以較少的數(shù)據(jù)量表達較多的水印內容,其強自糾錯性和預處理方法有效增加了抗攻擊能力,減少了水印信息的嵌入數(shù)據(jù)量。(3)針對由屏攝過程引起的多種單個攻擊類型,通過分析DCT域系數(shù)的相關特性選定特征值,提出一種基于QR碼和DCT特征值的遙感影像水印算法。該算法通過特征值映射方式,確定水印信息嵌入位置,并將水印信息以奇偶量化的方式嵌入至分塊DCT低頻直流系數(shù)中。由實驗結果可知,該算法可有效抵抗JPEG壓縮、噪聲、濾波、模糊等因屏攝過程引起的單個攻擊,具備較強的不可感知性和魯棒性,為研究抵抗整個屏攝過程攻擊的水印算法建立基礎。(4)為抵抗屏攝過程中多種復合攻擊等問題,將水印信息進行編碼和轉換,結合圓形角度模板水印,提出一種基于QR碼和圓形角度模板的遙感影像水印算法,以此抵抗屏攝全過程攻擊。該算法采用圓形角度模板水印信息代替0/1序列水印信息,并結合遙感影像最小可察覺誤差(Just Noticeable Distortion,JND)完成水印信息的嵌入;在水印信息檢測之前,采用Harris角點檢測和透視變換對待檢測數(shù)據(jù)進行定位和校正;在水印信息檢測過程中,引入圖像形態(tài)學知識,通過檢測模板水印的角度信息進而得到對應的水印信息。實驗結果表明,該算法能從遭受屏攝攻擊的影像中無損檢測出水印信息,可有效抵抗整個屏攝過程的攻擊;同時在抵抗JPEG壓縮、縮放、色彩調整、旋轉以及噪聲、濾波、模糊等攻擊方面具有較強的魯棒性。
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P237
【圖文】：

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