抗高程平移和裁剪攻擊的格網dem盲水印方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于地圖學與地理信息科學技術領域，涉及一種針對規(guī)則格網DEM數(shù)據(jù)的 抗高程平移和裁剪攻擊的盲水印方法。
【背景技術】
[0002] 數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel,DEM)是地理空間數(shù)據(jù)的重要組成部 分，已被廣泛應用于測繪、地質、礦山工程、戰(zhàn)場仿真等領域。然而，DEM的數(shù)字化形式為地 形模擬分析帶來便利的同時，因其易于存儲、修改、傳播的特性，使其篡改、侵權更加容易， 由此產生的DEM版權糾紛問題日益嚴重。因此，如何使DEM數(shù)據(jù)得到合理共享的同時，又能 有效保護所有者的版權利益，已成為一個迫在眉睫的現(xiàn)實問題。
[0003] 數(shù)字水印技術在數(shù)據(jù)版權保護和數(shù)據(jù)真?zhèn)螜z測的應用中發(fā)揮著重要作用，是一種 可在開放的網絡環(huán)境下實現(xiàn)信息隱藏域跟蹤的新技術。同時由于數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù) 結構、存儲方式、表現(xiàn)形式和應用環(huán)境等方面的特殊性，使得數(shù)字水印技術在保護地理空間 數(shù)據(jù)安全中發(fā)揮重要作用。
[0004] 數(shù)字水印技術已成為地理空間數(shù)據(jù)版權保護的重要手段。在DEM數(shù)據(jù)水印技術研 宄中，高程平移和裁剪是針對DEM數(shù)據(jù)水印最常見的攻擊方式，大部分方法在同時抵抗高 程平移和裁剪攻擊方面魯棒性較差。因此，本方法利用相鄰格網高程差值在高程平移攻擊 中的不變特性，結合水印擴頻處理技術，提出一種抗高程平移和裁剪攻擊的格網DEM盲水 印方法，增強了其抵抗水印攻擊的能力。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的格網DEM數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法的不足，提出了一種能有效提取水 印信息，保證DEM數(shù)據(jù)使用精度，有效抵抗高程平移、數(shù)據(jù)裁剪攻擊等，具有高魯棒性、高安 全性以及實用性高的格網DEM數(shù)據(jù)盲水印方法。
[0006] 本發(fā)明方法包括水印信息嵌入和水印信息提取。
[0007] 水印信息嵌入是指把水印信息嵌入到原始DEM數(shù)據(jù)中得到含水印信息的DEM數(shù) 據(jù)。步驟如下，對加入空間數(shù)據(jù)的水印信息應用擴頻處理，使其與高程差值矩陣形成對應關 系；讀取原始DEM數(shù)據(jù)，提取高程值矩陣，利用相鄰格網的高程差值在高程平移中的不變特 性，將擴頻后的水印信息以量化的方式嵌入到高程差值中，并將擴張的差值分攤到相鄰高 程的后一位，保證高程值只改變一次。
[0008] 水印信息的提取是水印信息嵌入過程的逆過程，對含水印的DEM數(shù)據(jù)提取高程差 值，通過量化提取水印位；由于對原始水印進行了擴頻處理，這里提取到是多個原始水印， 將其轉化為可視化圖像，從中選擇最優(yōu)的單個水印信息。
[0009] 本發(fā)明方法先進、科學，保證水印信息的有效提取，隱蔽性好，能夠保證嵌入水印 信息后數(shù)據(jù)的精度。通過實驗表明，該方法對格網DEM數(shù)據(jù)的高程平移和數(shù)據(jù)裁剪等攻擊 具有較好的魯棒性，并且是一種盲水印方法，具有較好的使用價值。
【附圖說明】
[0010] 圖1是原始水印信息圖像 圖2是擴頻后水印信息圖像 圖3(a)是原始DEM數(shù)據(jù)圖像 圖3(b)是嵌入水印后DEM數(shù)據(jù)圖像 圖3(c)是原始水印彳目息圖像 圖3(d)是提取到的水印信息圖像 圖4是原始DEM(淺色線）與含水印DEM(深色線）提取等高線疊加 圖5是嵌入水印前后DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比 圖6是水印攻擊測試結果。
【具體實施方式】
[0011] 為了詳細說明本發(fā)明的技術內容、構造特征、所實現(xiàn)的目的及所達到的效果，以下 結合【具體實施方式】詳細說明。
[0012] 本發(fā)明的實施步驟可以概括為兩個部分：水印信息嵌入和水印信息提取。下面對 各實施步驟進行進一步的闡述。
[0013] 步驟一：讀取原始DEM數(shù)據(jù)，得到高程值矩陣i，』，0〈戌私0〈聲；況#X# 為DEM的總格網數(shù)。如果原始高程值是浮點數(shù)，為了便于處理，將其擴大至整數(shù)值，水印嵌 入完成后可恢復為浮點數(shù)。
[0014] 步驟二：對加入DEM數(shù)據(jù)的水印信息擴頻處理，擴頻方式為整體重復增 加，形成多個原始單個水印的重復，得到W'UJ)={〇,1}，i=(1，2,……，aXK)，j= (1, 2,......，辦XZ)，其中a=#/J，卜（妒1)/乙
[0015] 步驟三：擴頻后的水印信息與相鄰高程差值矩陣一一對應，按照矩陣行列 順序提取水印信息位逐個提取、判斷和修改與之對應的相鄰高程差值古 z(i，J)，以量化的方式修改相鄰高程的后一位，實現(xiàn)水印的嵌入，分如下兩種情 況處理： (a)ifw' U,J)=0andmod(zU, J+l) ~z(i, J),2) =Iz(i, J+l) = z{i,j+l)~l (b)ifw' U,J)=1andmod(zU, J+l) ~z(i, J),2)=0z(i,J+l)= z{i,j+l)+l 步驟四：經過如上操作，就可以得到新的高程值矩陣用新的高程值矩陣替換 原始高程值； 步驟五：保存DEM數(shù)據(jù)，得到含水印DEM數(shù)據(jù)。
[0016] 水印信息提取是指從待檢測DEM數(shù)據(jù)中提取水印信息內容，具體步驟如下： 步驟一：讀取待檢測DEM的高程數(shù)據(jù)，得到高程值矩陣z4。如是浮點數(shù)，擴大至整數(shù)值； 步驟二：定義一個比待檢測DEM數(shù)據(jù)高程值矩陣少一列的空值矩陣r''（i，j)， 0彡0彡# -1，其中#XN即為待檢測DEM高程值矩陣的大??； 步驟三：逐個對相鄰高程差值進行判斷和提取(不考慮跨行相鄰的高程差值)，量化幅 度取嵌入時的值你2,如式1所示：
【主權項】
1.抗高程平移和裁剪攻擊的格網DEM盲水印方法，其特征包括以下步驟： (1)、水印嵌入前，根據(jù)格網DEM數(shù)據(jù)高程差值矩陣大小，對原始水印擴頻處理，形成水 印位與高程差值位的對應關系； (2) 、水印的嵌入：水印信息嵌入是指把水印信息嵌入到原始格網DEM數(shù)據(jù)中得到含 水印信息的格網DEM數(shù)據(jù)，步驟如下，讀取原始格網DEM數(shù)據(jù)，提取高程值矩陣；按照矩陣行 列順序提取擴頻后水印信息位，逐個提取、判斷和修改與之對應的高程差值，以量化的方式 修改高程的后一位，實現(xiàn)水印的嵌入；最后根據(jù)修改后的高程值矩陣重新生成嵌入水印后 的格網DEM數(shù)據(jù)； (3) 、水印的提?。核⌒畔⒌奶崛∈撬⌒畔⑶度脒^程的逆過程，讀入待測格網DEM 數(shù)據(jù)，定義一個比待檢測DEM數(shù)據(jù)高程值矩陣少一列的空值矩陣，逐個對相鄰高程差值進 行判斷，采用嵌入時的量化幅度，判斷差值的量化區(qū)間，提取對應的水印位信息；將提取到 的擴頻后水印轉化為可視化圖像，從中提取質量最優(yōu)的單個水印圖像。
【專利摘要】高程平移和裁剪是針對DEM數(shù)據(jù)水印常見的攻擊方式，本發(fā)明提出了一種可有效抵抗高程平移和裁剪攻擊的格網DEM盲水印方法。該方法考慮了DEM數(shù)據(jù)的特點，對原始水印進行擴頻處理，使其與高程差值形成映射關系，利用相鄰格網的高程差值在高程平移攻擊中的不變特性，以量化方式將擴頻后水印按位嵌入到高程差值中，將擴張的差值分攤到相鄰高程的后一位。該水印方法具有良好的不可見性，對DEM數(shù)據(jù)精度和應用精度影響較小，并且對抵抗高程平移和裁剪攻擊具有良好的魯棒性。
【IPC分類】G06T1-00
【公開號】CN104794672
【申請?zhí)枴緾N201510140106
【發(fā)明人】魏征, 閆浩文, 張黎明, 姜曉琴, 李文德
【申請人】蘭州交通大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月28日