一种抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入方法、提取方法及系统

本发明涉及数字水印，特别涉及一种抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入方法、提取方法及系统。

背景技术：

1、随着多媒体技术和互联网的持续发展，音视频作品、数字图像、电子出版物等数字产品在电子设备中的广泛传播和流通变得前所未有的方便。这种趋势虽然极大地丰富了人们的信息获取渠道和娱乐生活，但同时也大幅度降低了版权侵犯的成本，引发了版权保护问题的加剧。在这种背景下，学术界、工业界和国际层面等都日益重视如何在网络环境下有效地保护版权和确保信息的安全传输。如何应对网络传播过程中数字内容遭受侵权、盗版和随意篡改的问题，已成为一个重要的研究焦点。

2、为了应对数字作品版权保护的问题，加密技术成为了常见的手段之一。然而，传统加密方法面临着许多挑战。首要问题是，一旦明确表示数据被加密，便意味着其包含敏感信息，从而吸引攻击者的注意力。在计算能力快速进步的今天，先进的破解技术使得仅靠加密密钥保证数据的安全性变得日益困难。密钥一旦遭附表索引到解密，数字内容便会失去其有效的保护屏障，面临被随意传播和篡改的风险。同时，在现如今的网络传播过程中，可能遭受的破坏和扰动更加复杂，此时需要一种更为鲁棒且隐蔽的方式去保护数字信息的版权。

3、面对上述提到的有损信道的传输，图像水印技术是一种更为有效的手段。作为隐写术的分支，数字水印技术通过将版权信息隐蔽地嵌入到图像载体中，使得肉眼难以察觉嵌入前后的差异。与传统的隐写术相比，数字水印技术更专注于在图像中嵌入信息，以实现更为精细的版权保护目标。该技术将版权信息作为数字水印隐蔽地嵌入到图像载体中，保证嵌入前后肉眼难以观察到明显的变化，同时确保在遭受攻击后仍能够完整提取水印信息。当受保护的图像面临版权纠纷时，通过提取其中的水印信息进行版权认证，进而达到有效的版权保护目的。这种技术具备一定的抗攻击性，为数字作品的长期保护提供了一种可行的解决方案。发送方将水印信息嵌入到载体图像中后，经过有损信道的传播，在接收方进行水印提取，最终得到有效的水印信息，这个过程需要抵抗多种类型的图像处理攻击和几何扰动，这是图像加密方法无法做到的。

4、以艺术画展场景为例，所有展出的艺术作品都受到版权保护，参观者不应随意拍摄和传播。然而，画展结束后，如果在网络上发现了与某幅作品极其相似的照片，但无法确定是否是此次画展的盗摄，通过抵抗屏幕拍摄的图像水印技术，可以迅速确认照片中的版权信息，从而有效保护作品的版权。对这一领域的深入研究将推动数字水印技术不断发展，更好地应对日益复杂的版权保护需求。

5、我国部分学者曾经提出了一个针对屏幕拍摄的鲁棒水印方案(ssr)，该方案设计了一种基于强度的尺度不变特征变换算法(i-sift)，该算法专门用于在经过失真处理的图像中精确地识别水印的嵌入位置；同时采用了小尺寸模板算法，通过在不同区域重复嵌入水印信息以保证水印存活率；为了进一步保证提取准确性，还使用了基于交叉验证的提取算法。

6、传统的鲁棒图像水印方案大多数只针对于图像本身可能遭受的攻击，例如裁剪，缩放，噪声，jpeg压缩等，而如今随着移动设备和相机技术的快速发展，人们通过拍摄记录电子屏幕上的数字信息，在网络上发布作品，这也间接导致了版权侵犯的可能发生，这种情况下图像遭受到的攻击也被称作屏幕拍摄攻击。经过拍摄后的数字图像通常会受到电子和屏摄信道的双重破坏，传统水印方案几乎无法抵抗此类攻击，这对数字图像水印领域来说是一项重大挑战。

7、有鉴于此，特提出一种抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入方法、提取方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入方法、提取方法及系统，其可以在图像中嵌入一种确权标识，该确权标识在经过电子设备拍摄后仍然能够被正确提取，以此保证在盗摄场景下能够有效保护图像版权。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入方法，包括步骤：

4、强度计算：提取关键点，以关键点的高斯差分绝对值作为该点的sift强度，计算各个关键点的强度，对它们进行降序排序，筛选出前n个特征点作为候选特征点；

5、纹理值计算：计算候选特征点周围64×64区域的纹理值，按降序排序，将排名靠前的预设数量的特征点作为最终的嵌入中心；

6、锐化：对确定为嵌入中心的特征点的周围区域进行锐化；

7、加权混合：在锐化之后，选择将原始区域与锐化后的区域进行以特定的比例进行加权混合；

8、确权标识嵌入。

9、在一个优选实施例中，确权标识的嵌入过程包括：

10、确权标识序列的重构：将64比特的0/1确权标识序列重新构建成一个8×8的确权标识矩阵；

11、分割嵌入区域并执行dct变换：在图像中选择一个64×64的嵌入区域，并将其分割成64个8×8的子块；

12、选择dct系数：对每个8×8的子块应用离散余弦变换，并选择每个dct块中(4,5)和(5,4)两个位置的中频系数c1和c2；

13、修改dct系数；

14、嵌入：对图像的每一个dct块执行逆向dct变换以完成确权标识嵌入过程；

15、重复嵌入过程：对剩余的64×64的待嵌入区域重复上述步骤，直到所有的嵌入区域都完成确权标识的嵌入。

16、在一个优选实施例中，将关键点定义为p，关键点p的强度in(p)具体定义为：

17、in(p)＝|d(x,y,σ)|

18、其中，d(x,y,σ)表示关键点的高斯差分值，(x,y)为图像中的坐标，σ代表了高斯滤波核的方差。

19、在一个优选实施例中，在锐化的过程中，通过图像与锐化核进行卷积来完成，锐化核如下：

20、

21、其中，α是控制锐化强度的参数。

22、一种抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入系统，包括：

23、强度计算单元：用于提取关键点，以关键点的高斯差分绝对值作为该点的sift强度，计算各个关键点的强度，对它们进行降序排序，筛选出前n个特征点作为候选特征点；

24、纹理值计算单元：用于计算候选特征点周围64×64区域的纹理值，按降序排序，将排名靠前的预设数量的特征点作为最终的嵌入中心；

25、锐化单元：用于对确定为嵌入中心的特征点的周围区域进行锐化；

26、加权混合单元：用于在锐化之后，选择将原始区域与锐化后的区域进行以特定的比例进行加权混合；

27、确权标识嵌入单元，用于嵌入确权标识。

28、一种抗屏幕拍摄的图像确权标识提取方法，包括步骤：

29、图像获取：获取待提取确权标识图片，所述待提取确权标识图片为对使用所述的抗屏幕拍摄的确权标识嵌入方法得到的确权标识图片进行翻拍得到的。

30、图像顶点确认：接收屏摄图像中目标图像的4个模糊顶点，以它们为圆心，在半径为10像素点的圆形区域内执行shi-tomasi角点检测算法，找到图像4个准确的顶点位置；

31、图像校正：在得到照片中含确权标识图像的4个顶点坐标后，对其进行透视畸变校正，并根据其结果，对照片中的图像进行校正，得到完整的含确权标识的图像；

32、关键点确认：选择图像中强度排名预设范围内的特征点，并计算这些特征点的区域纹理值，取出纹理排名预设范围的特征点作为候选关键点；

33、确权标识区域确认：对每个候选关键点周围的3×3区域进行遍历，得到可能含有确权标识的区域，定义为待提取区域；

34、进行确权标识提取。

35、在一个优选实施例中，所述进行确权标识提取的过程包括：

36、对待提取区域进行分块，将待提取确权标识的区域划分为8×8个子块，每个子块的大小为8×8像素；

37、对子块执行dct变换：对每个8×8的子块进行离散余弦变换。在这些子块的dct系数矩阵中，选择(4,5)和(5,4)位置的中频系数，分别记作c1和c2；

38、提取：在获取到每个子块的中频系数c1和c2后，对这些系数进行处理，从而提取出8×8的确权标识矩阵；

39、提取所有区域的确权标识矩阵并展平：对所有分块区域重复上述步骤，提取出每个区域的8×8确权标识矩阵，然后，将这些8×8的确权标识矩阵进行一维展平处理，得到线性确权标识序列；

40、筛选最相似确权标识对：将不同组之间的确权标识序列两两进行比较，筛选出最相似的一对确权标识序列作为候选确权标识对；

41、执行bch解码得到最终确权标识：从候选确权标识对中选取任意一个确权标识序列，执行bch解码操作，从而恢复出原始的确权标识信息，提取出隐藏在图像中的确权标识。

42、在一个优选实施例中，筛选最相似确权标识对中，比较的方法是通过计算两个确权标识序列之间的余弦相似度，最终选择最相似的一对确权标识序列作为候选对继续执行后续步骤。

43、在一个优选实施例中，图像校正的具体过程包括：设定校正前4个顶点坐标分别是p1(x1,y1)，p2(x2,y2)，p3(x3,y3)和p4(x4,y4)，校正后的4个顶点坐标分别为p'1(x'1,y'1)，p'2(x'2,y'2)，p'3(x'3,y'3)和p'4(x'4,y'4)，通过将它们分别代入到下面的公式中：

44、

45、得到八个等式后，联立解得a0,a1,a2,b0,b1,b2,c1,c2八个变量，由此便得到透视畸变的映射公式，照片中的图像通过此公式进行校正，最终得到完整的含确权标识图像。

46、一种抗屏幕拍摄的图像确权标识提取系统，包括

47、图像获取单元：用于获取待提取确权标识图片，所述待提取确权标识图片为对使用如权利要求1-4任一项所述的抗屏幕拍摄的图像确权标识嵌入方法得到的确权标识图片进行翻拍得到的。

48、图像顶点确认单元：用于接收屏摄图像中目标图像的4个模糊顶点，以它们为圆心，在半径为10像素点的圆形区域内执行shi-tomasi角点检测算法，找到图像4个准确的顶点位置；

49、图像校正单元：用于在得到照片中含确权标识图像的4个顶点坐标后，对其进行透视畸变校正，并根据其结果，对照片中的图像进行校正，得到完整的含确权标识的图像；

50、关键点确认单元：用于选择图像中强度排名预设范围内的特征点，并计算这些特征点的区域纹理值，取出纹理排名预设范围的特征点作为候选关键点；

51、确权标识区域确认单元：用于对每个候选关键点周围的3×3区域进行遍历，得到可能含有确权标识的区域，定义为待提取区域；

52、确权标识提取单元，用于进行确权标识提取。

53、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

54、(1)本方案首先对版权序列进行bch编码，然后通过i-sift和区域纹理值筛选出图像中的确权标识嵌入区域，并对其进行锐化增强，接着进行局部重复确权标识嵌入。在提取阶段，首先通过手动选择图像的四个模糊顶点，再通过角点检测算法找到附近最可能的角点，并根据这些角点进行透视变换，得到纠正后的屏摄图像；然后对纠正图像进行含确权标识区域定位，与嵌入过程不同的是，提取阶段会额外选择多个区域以提高提取正确率，对这些区域进行确权标识提取，并通过交叉验证选择最相似的确权标识作为最终确权标识。最终确权标识通过bch解码得到版权号。

55、(2)提出了一种结合i-sift和纹理复杂度的嵌入区域筛选方法。该方法先使用i-sift算法筛选出强度较高的特征点，随后计算这些点周围区域的纹理复杂度进行二次筛选，从而选择出更适合确权标识嵌入的区域。

56、(3)提出了一种针对嵌入区域的锐化增强方法。该方法对特征区域进行锐化增强，并与原区域进行加权融合，实验证明该方法提高了后续确权标识提取过程中区域的定位准确度。

57、(4)提出了一种结合角点检测算法的屏摄纠正方法。在手动选择的图像顶点周围自动使用角点检测算法进行范围搜索，以找到更精确的图像顶点。