国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于集成成像的三維空間數(shù)字水印新技術(shù)

2015-10-17 00:48劉軼群張建奇王曉蕊
電子科技 2015年5期
關(guān)鍵詞:數(shù)字水印重構(gòu)像素

劉軼群,張建奇,王曉蕊,羅 鵬

(1.西安電子科技大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,陜西 西安 710071;2.武警工程大學(xué) 電子技術(shù)系,陜西 西安 710086)

基于集成成像的三維空間數(shù)字水印新技術(shù)

劉軼群1,2,張建奇1,王曉蕊1,羅 鵬2

(1.西安電子科技大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,陜西 西安 710071;2.武警工程大學(xué) 電子技術(shù)系,陜西 西安 710086)

提出了一種基于集成成像的數(shù)字水印技術(shù),利用基于智能深度反轉(zhuǎn)模型的計算集成成像系統(tǒng),生成三維數(shù)字水印;設(shè)計基于離散小波變換的嵌入與提取算法,實現(xiàn)了水印信息的隱藏,并利用集成成像顯示三維數(shù)字水印。通過實驗證明,表明新技術(shù)產(chǎn)生的三維數(shù)字水印不僅滿足了穩(wěn)健性和安全性的要求,且圖像質(zhì)量和顯示效果均符合人類視覺模型的要求。該研究工作為三維數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護提供了新的思路及解決手段。

三維空間數(shù)字水印;集成成像;版權(quán)保護

基于光學(xué)理論與方法的信息隱藏和數(shù)據(jù)加密技術(shù)是近年來在國際上開始起步發(fā)展的新一代信息安全理論與技術(shù)[1-7]。與電子加密系統(tǒng)相比,光學(xué)加密系統(tǒng)具有多維、大容量、高設(shè)計自由度、高魯棒性、天然的并行性、難以破解等諸多優(yōu)點[7-11]?,F(xiàn)代光學(xué)信息隱藏通常借助密鑰作用,對水印圖像進行光學(xué)變換或處理,在空域內(nèi)實施嵌入載體圖像的操作完成隱藏。當前,數(shù)字全息術(shù)[5-6]和隨機相位編碼[7-8]是兩種主要的光學(xué)信息隱藏技術(shù)。

集成成像(Integral Imaging,II)是下一代自由立體顯示的主要技術(shù)之一。2007年,韓國Dong-Choon等人[12]的研究成果表明集成成像技術(shù)可以用于數(shù)字水印的研究,在攻擊可控的情況下,能夠?qū)崿F(xiàn)信息隱藏。2009年,Yong-Ri Piao等[13]提出了一種穩(wěn)健的圖像加密方法,采用集成成像和像素置亂(Pixel Scrambling,PS)技術(shù),對載體圖像的像素進行置亂,通過微透鏡陣列記錄獲取生成加密的微單元圖像。紀超超,王瓊?cè)A等[14]提出了一種立體圖像顯示內(nèi)容受控的技術(shù),從微單元圖像中抽取出不同的像素,通過集成成像系統(tǒng)重現(xiàn)、顯示,觀察者可從不同的方向和角度觀看到不同的三維場景,達到隱私保護的目的,這是一種融合集成成像、圖像編碼、信息安全理論的技術(shù)。

本文提出一種基于集成成像的數(shù)字水印新技術(shù),利用基于智能深度反轉(zhuǎn)模型的計算集成成像系統(tǒng),生成三維數(shù)字水印;設(shè)計并實現(xiàn)基于離散小波變換的嵌入和提取算法,進行水印信息的隱藏,載體圖像和水印圖像均為彩色的微單元圖像,嵌入和提取操作對載體圖像未產(chǎn)生降質(zhì)、無法重構(gòu)與無法顯示等現(xiàn)象,算法兼顧載體圖像的嵌入容量和穩(wěn)健性等方面;利用集成成像系統(tǒng)識別、顯示三維數(shù)字水印。通過實驗,表明所提方法的可行性和正確性。新技術(shù)為三維數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護提供了新的思路和解決手段。

1 基于集成成像的三維數(shù)字水印技術(shù)

集成成像技術(shù)是一種用微透鏡陣列(Lenslet Array)來記錄和顯示全真的三維場景的裸眼立體顯示技術(shù)[15-17]?;诩沙上竦娜S數(shù)字水印系統(tǒng)主要包括三維數(shù)字水印的生成、三維數(shù)字水印的傳輸和三維數(shù)字水印的檢測與提取等部分。

1.1 三維數(shù)字水印的生成

微單元圖像是基于集成成像的三維數(shù)字水印系統(tǒng)所使用的圖像[18-20]。集成成像系統(tǒng)生成3D模型的微單元圖像,用它們作為載體圖像和水印圖像。要注意載體圖像與水印圖像之間的約束關(guān)系,以及水印嵌入與提取算法,以達到最佳信息隱藏效果。

1.2 三維數(shù)字水印的嵌入與提取

本文設(shè)計并實現(xiàn)基于離散小波變換(Discrete Wavelet Transform,DWT)的三維數(shù)字水印嵌入和提取算法。三維數(shù)字水印嵌入算法,主要步驟如圖1(a)所示,包括:(1)載體圖像RGB三通道分離。(2)水印圖像RGB三通道分離。(3)載體圖像與水印圖像進行大小條件判斷,即若載體圖像大于水印圖像,符合嵌入條件,繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟,否則,不能進行嵌入。(4)對載體圖像每一個通道進行分塊。(5)每一個小塊進行DWT分解。(6)在隨機密鑰控制下,水印圖像的對應(yīng)通道的一個像素點,分別迭代嵌入DWT分解的LL(Low-Low)子帶,把水印信息嵌入到變換系數(shù)中。(7)對嵌入水印的圖像分塊進行離散小波逆變換(Inverse Discrete Wavelet Transform,IDWT)重構(gòu)。(8)重復(fù)上述(5)~(7)步直到水印圖像完全嵌入,生成含水印的載體圖像。

因此,該嵌入算法可表示為:設(shè)三通道分離的載體圖像為CRGB(x,x,3)=(CR∶CG∶CB),三通道分離的水印圖像為WRGB(y,y,3)=(WR∶WG∶WB),當滿足CRGB>WRGB時,進行q×q的分塊處理,則圖像的分塊情況分別為

(1)

最后,完成數(shù)字水印數(shù)據(jù)的嵌入

(2)

式中,α表示嵌入強度因子;rkey表示隨機密鑰。

三維數(shù)字水印提取算法,如圖1(b)所示,主要步驟如下:(1)含水印的載體圖像RBG三通道分離。(2)每一通道進行q×q分塊。(3)每一小塊進行DWT分解。(4)提取低頻子帶每2×2區(qū)域的q個水印嵌入值。(5)計算個水印嵌入值的平均值。(6)重復(fù)步驟(3)~(5),直到提取出全部水印信息。(7)根據(jù)第(5)步得到的平均值,重構(gòu)出水印圖像。

圖1 基于集成成像的三維數(shù)字水印的嵌入與提取算法

1.3 三維數(shù)字水印的顯示

為了最佳地顯示三維數(shù)字水印圖像,需要根據(jù)應(yīng)用目的選擇不同的顯示模式與方式。選擇多投影機和微透鏡陣列的組合顯示方式,因此,無需減小透鏡元的節(jié)距,只增加投影機的數(shù)量,便能夠增加每個透鏡元對應(yīng)的光點數(shù)量,提高了3D圖像的顯示質(zhì)量。

2 實驗結(jié)果與討論

根據(jù)理論分析,實驗流程分為3個階段:第一階段是三維數(shù)字水印生成階段;第二階段是三維數(shù)字水印嵌入與提取階段;第三階段是三維數(shù)字水印顯示階段。

2.1 三維數(shù)字水印生成階段

利用集成成像系統(tǒng),分別生成XD模型和球棍模型的微單元圖像,如圖2所示。選定球棍微單元圖像作為載體圖像,大小分別為256×256像素,512×512像素,1 024×1 024像素,2 048×2 048像素;XD微單元圖像作為水印圖像,大小分別為64×64像素,128×128像素,256×256像素。圖像格式類型為png。

圖2 載體圖像和水印圖像的微單元圖像

2.2 三維數(shù)字水印嵌入與提取階段

利用嵌入與提取算法,實現(xiàn)三維數(shù)字水印圖像的信息隱藏。經(jīng)過對實驗樣本的測算,不同大小的三維數(shù)字水印,其峰值信噪比曲線如圖3所示,橫坐標為載體圖像與水印圖像的大小比例關(guān)系,縱坐標為PSNR值。PSNR越大代表圖像失真越小,PSNR>30dB,便可認為所獲得的PSNR是合理數(shù)值[12],一般人眼是感覺不到的,通常作為失真度可接受的標準。且實驗樣本的相似度均>0.996 6,相似度接近于1,即提取重構(gòu)的圖像質(zhì)量與原圖像相似度高。因此,實驗數(shù)值結(jié)果表明所用算法是可行且正確的。

圖3 不同三維水印圖像的PSNR曲線圖

2.3 三維數(shù)字水印顯示階段

利用提取算法,恢復(fù)出水印圖像。實驗中,采用實模式的顯示模式,多投影機與微透鏡陣列組合方式顯示觀測三維數(shù)字水印,如圖4所示。實驗結(jié)果表明,重構(gòu)顯示的三維數(shù)字水印圖像的分辨率、深度和視場范圍,都符合人類視覺模型的要求,滿足集成成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量主觀評價標準。圖像分辨率低是因為顯示3D圖像必須通過微透鏡陣列來觀看,觀看特性參數(shù)以及投影機分辨率、微透鏡陣列的工藝水平等都會影響3D圖像的顯示質(zhì)量,而且,3D圖像的一部分重構(gòu)面超出圖像深度范圍,因此,圖像分辨率低。

圖4 三維數(shù)字水印的立體顯示

集成成像的計算重構(gòu),與微單元圖像的記錄過程中,成像系統(tǒng)和光學(xué)元器件的參數(shù)設(shè)定密切相關(guān)。非法用戶一旦篡改微單元圖像,就會大幅降低三維水印圖像重構(gòu)質(zhì)量,甚至?xí)?dǎo)致無法恢復(fù)、無法顯示原來的三維水印信息。因此,在新技術(shù)中,集成成像系統(tǒng)的光學(xué)元器件參數(shù)和功能參數(shù),可作為密鑰;嵌入算法中,水印嵌入程度的調(diào)制參數(shù),也可作為密鑰,將這些密鑰參數(shù)組合起來,作為多重密鑰,便會增加破解的難度,提高安全性。新技術(shù)中采用的DWT嵌入和提取算法,將信號能量進行重新分布,將嵌入到變換系數(shù)的隱藏信號能量在時域/空域中進行擴散,有效解決了隱藏信息不可檢測性與穩(wěn)健性之間的矛盾。因此,新技術(shù)能夠滿足穩(wěn)健性和安全性要求。

3 結(jié)束語

基于光學(xué)技術(shù)的信息隱藏受到人們越來越密切的關(guān)注,本文提出一種基于集成成像的三維數(shù)字水印新技術(shù),利用基于SPOC計算集成成像實現(xiàn)三維數(shù)字水印的生成與顯示,基于DWT的嵌入和提取算法,實現(xiàn)三維數(shù)字水印的信息隱藏,實驗證明了新技術(shù)的可行性和正確性。研究工作為集成成像的圖像源和三維數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護提供了新的思路和解決方法,也為信息隱藏技術(shù)開辟了新途徑。下一步,將開展信息隱藏與光學(xué)密碼編碼理論的融合研究,開拓更安全的信息隱藏技術(shù)與方法。

[1]CoxJ,MatthewLMiller,JeffreyABloom,etal.Digitalwatermarkingandsteganography[M].Holand:ElsevierInc,2008.

[2]AbbasCheddad,JoanCondell,KevinCurran,etal.Digitalimagesteganography:surveyandanalysisofcurrentmethods[J].SignalProcessing,2010,90(3):727-752.

[3] 孫圣和,陸哲明,牛夏牧.數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[4] 沈昌祥.信息安全綜述[J].中國科學(xué):E輯,2007,37(2):129-150.

[5]TakaiN,MifuneY.Digitalwatermarkingbyaholographictechnique[J].AppliedOptics,2002,4l(5):865-873.

[6]OsamuMatoba,TakanoriNomura,ElisabetPe′rez-Cabre′,etal.Bahramjavidiopticaltechniquesforinformationsecurity[J].ProceedingsoftheIEEE,2009,97(6):1128-1148.

[7]KishkS,JavidiB.Informationhidingtechniquewithdoublephaseencoding[J].AppliedOptics,2002,41(26):5462-5470.

[8]PengX,ZhangP,WeiH,etal.Known-plaintextattackonopticalencryptionbasedondoublerandomphasekeys[J].OpticsLetters,2006,31(8):1044-1046.

[9]PengX,TianJ,ZhangP,etal.Three-dimensionalvisionwithdualacousto-opticdeflectionencoding[J].OpticsLetters,2005,30(15):1965-1967.

[10]AbdulGhafoor,MuhammadImran.Anon-blindcolorimagewatermarkingschemeresistentagainstgeometricattacks[J].Radioengineering,2012,21(4):1246-1251.

[11]ChenWen,ChenXudong.Security-enhancedinterference-basedopticalimageencryption[J].OpticsCommunications,2013,286(2):123-129.

[12]Dong-ChoonHwang,D-HS,Eun-SooKim.Anovelthree-dimensionaldigitalwatermarkingschemebasingonintegralimaging[J].OpticsCommunications,2007,277(1):40-49.

[13]PiaoYongri,ShinDonghak,KimEunsoo.Robustimageencryptionbycombineduseofintegralimagingandpixelscramblingtechniques[J].OpticsandLasersInEngineering,2009,47(11):1273-1281.

[14]JiChaochao,DengHuan,WangQionghua.Pixelextractionbasedintegralimagingwithcontrollableviewingdirection[J].JournalofOptics,2012,14(9):121-123.

[15]ArimotoH,JavidiB.Integralthree-dimensionalimagingwithdigitalreconstruction[J].OpticsLetters,2001,26(3):157-159.

[16]HongSH,JangJS,JavidiB.Three-dimensionalvolumetricobjectreconstructionusingcomputationalintegralimaging[J].OpticsExpress,2004,12(3):483-491.

[17]SternA,JavidiB.Three-dimensionalimagesensing,visualization,andprocessingusingintegralimaging[J].ProcessofIEEE,2006,94(3):591-607.

[18]WangXiaorui,HeLiyong,BuQingfeng.Performancecharacterizationofintegralimagingsystemsbasedonhumanvision[J].ApplyOptics,2009,48(2):183-188.

[19]WangXiaorui,GuoQiang.Enhancingcomputationalintegralimagingperformanceusinganinterpolationmethodbasedonnon-zero-pixelderivation[J].ApplyOptics,2010,49(20):3997-4003.

[20]ParkJH,HongK,LeeB.Recentprogressinthree-dimensionalinformationprocessingbasedonintegralimaging[J].ApplyOptics,2009,48(34):77-94.

歡 迎 刊 登 廣 告

請訪問:www.dianzikeji.orgE-mail:dzkj@mail.xidian.edu.cn

聯(lián)系電話:029-88202440 傳 真:029-88202440

A New Technology of Three-Dimensional Space DigitalWatermarking Based on Integral Imaging

LIU Yiqun1,2,ZHANG Jianqi1,WANG Xiaorui1,LUO Peng2

(1.School of Physics and Optoelectronic Engineering,Xidian University,Xi’an 710071,China;2.Department of Electronic Technology,Engineering University of the Armed Police Force,Xi’an 710086,China)

In recent years,three-dimensional space digital watermarking has become a new hotspot in optical information security.This paper presents a new three-dimensional space digital watermarking technology based on integrated imaging.Three-dimensional digital watermarking is generated by the computational integral imaging system that is implemented with the smart pseudoscopic-to-orthoscopic conversion model.The discrete wavelet transform algorithm is applied to embed and extract the three-dimensional digital watermarking.Three-dimensional digital watermarking is identified and shown by the integral imaging system.The feasibility and effectiveness of the proposed technology is demonstrated by experiment.The new technology is robust and secure;its image quality and display quality can also meet the criteria of the human visual model.The proposed technology opens up a new research perspective for the copyright protection of three-dimensional digital multimedia products.

three-dimensional digital watermarking;integral imaging;copyright protect

2014- 10- 21

國家自然科學(xué)基金資助項目(61379152;61309022);陜西省自然科學(xué)基金資助項目(2014JQ8358);武警工程大學(xué)基礎(chǔ)研究基金資助項目(WJY201314;WJY201419)

劉軼群(1979—),男,博士研究生。研究方向:光學(xué)信息安全與立體顯示。E-mail:wjliuyiqun@126.com

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.05.001

TP309.7

A

1007-7820(2015)05-001-04

猜你喜歡
數(shù)字水印重構(gòu)像素
像素前線之“幻影”2000
視頻壓縮感知采樣率自適應(yīng)的幀間片匹配重構(gòu)
長城敘事的重構(gòu)
基于網(wǎng)屏編碼的數(shù)字水印技術(shù)
“像素”仙人掌
北方大陸 重構(gòu)未來
éVOLUTIONDIGAE Style de vie tactile
北京的重構(gòu)與再造
基于FPGA的數(shù)字水印提取系統(tǒng)設(shè)計研究
高像素不是全部