專利名稱：一種gis矢量數(shù)據(jù)圖像水印的相似度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地理信息版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對GIS矢量數(shù)據(jù)圖像水印的位置校正與相似度計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
版權(quán)保護(hù)是版權(quán)標(biāo)記基礎(chǔ)上的版權(quán)認(rèn)證、內(nèi)容保密及訪問控制。近年來，以數(shù)字水印為代表的版權(quán)標(biāo)記技術(shù)日趨成為地理信息版權(quán)保護(hù)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)。國內(nèi)外關(guān)于如何在矢量數(shù)據(jù)中嵌入水印已經(jīng)有了比較成熟的研究，基礎(chǔ)算法理論方面已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量的文獻(xiàn)可供查閱。與“屬性明顯，位置隱含”的柵格數(shù)據(jù)相比，矢量數(shù)據(jù)具有其自身的個(gè)性特征“位置明顯，屬性隱含”、無固定存儲順序的數(shù)據(jù)組織、多樣的數(shù)據(jù)格式、復(fù)雜的投影變換、繁多的空間分析應(yīng)用，以及精度高、冗余少等。正是由于矢量數(shù)據(jù)的諸多特性，使得從其中提取的水印信息容易發(fā)生移位和錯(cuò)亂，而在水印認(rèn)證過程中，若采用傳統(tǒng)的水印相似度計(jì)算方法會造成較高的漏檢率，因此有必要提出一種更加合理的水印相似度計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)GIS矢量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出一種針對GIS矢量數(shù)據(jù)圖像水印的相似度計(jì)算方法，從而有效提高版權(quán)認(rèn)證的質(zhì)量，降低漏檢率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案主要包括以下兩個(gè)過程(1)水印位置校正的過程步驟一原始水印W長為Lw，通過嵌入算法將水印W嵌入載體數(shù)據(jù)D中，對D進(jìn)行攻擊獲得含水印的數(shù)據(jù)D'，從D'中提取出水印W'長為Lw,，記Loc = O;步驟二 通過公式(1)計(jì)算兩水印W和W'的長度差d ；初始化要校正的水印序列 W"，長度為Lw，W〃 (i) =' ，其中'表示的是被修改的位置，i =0，1，2，-,Lff-I ；d = Lff-Lr I (1)步驟三(a)當(dāng)原始水印長度大于或等于提取的水印長度時(shí)，即Lw > Lw,時(shí)i)從提取的水印W'中讀取字符W' ⑴，i = 0，1，2，…，Lw-I ；ii)從原始水印W中，從第Loc位開始取d+Ι個(gè)字符，若Loc+d+1 > Lw時(shí)，取Lw-Loc 個(gè)字符，記為W(dis)；iii)將W' (i)與W(dis)進(jìn)行匹配，若匹配成功，則記錄匹配起始位置Pos，進(jìn)入步驟iv)；若匹配不成功，則i = i+1，Loc = Loc+1，進(jìn)入步驟ν)；iv)校正水印序列 W"第 Loc+Pos-1 位為W〃(Loc+Pos-1) = W' (i)，i = i+1, Loc = Loc+Pos ；ν)循環(huán)i)、iv)的過程，直至原始水印W或提取的水印Ψ讀取完成，保存校正后的水印序列W"，此時(shí)序列W"是將提取的水印序列W'中的圖像像素校正到正確位置后的水印，并且其長度與水印W的長度相等；(b)當(dāng)原始水印長度小于提取水印的長度時(shí)，即Lw < Lr時(shí)
i)從原始的水印W中讀取字符W(i)，i = 0，1，2，…，Lw-I;ii)從提取的水印W'中從第Loc位開始取d+Ι個(gè)字符，若Loc+d+1 >LW,時(shí)，則取 Lw, -Loc 個(gè)字符，記為 W' (dis)；iii)將W(i)與W' (dis)進(jìn)行匹配，若匹配成功，則記錄配起始位置Pos，進(jìn)入步驟iv)；若匹配不成功則i = i+1，Loc = Loc+1，進(jìn)入步驟ν)；iv)校正的水印序歹Ij W〃第 i 位為=W" (i) = ff(i), i = i+1, Loc = Loc+Pos ；ν)循環(huán)步驟i)至iv)的過程，直至原始水印W或提取的水印W'讀取完成，保存校正后的水印序列W"，此時(shí)序列W"是將提取水印序列W'中的圖像像素校正到正確位置后的水印，并且其長度與水印W的長度相等；(2)相似度計(jì)算過程步驟一令校正后的水印序列W"為模式串，原始水印W為匹配串，根據(jù)公式(2) 生成距離矩陣 M，其中，i = 0,1,2, · · ·，Lw;j = 0,1,2, ...，Lw;Mi, — i，Mj, —O
「00241 M ΛiI(WV) = W(J)) (2)步驟二 設(shè)f =Mlw0 ； K表示從校正后的水印序列W"轉(zhuǎn)換為原始水印W的最少編輯次數(shù)，當(dāng)K = O時(shí)，表示序列W"與原始水印W完全相同；步驟三讀取Mw，判斷K與從^的大小，當(dāng)K>MW時(shí)，K=Mw，j = j+l ；步驟四當(dāng)j < Lw時(shí)，循環(huán)步驟三，否則進(jìn)入步驟五；步驟五計(jì)算原始水印W與還原后的水印序列W"的相似度Sim= (1-α)*100%, 其中，比值α =1(/1 表示錯(cuò)誤水平，通過它可以對模式串W"容忍錯(cuò)誤的能力進(jìn)行度量。本發(fā)明根據(jù)GIS矢量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，所采用的方法能成功地應(yīng)用于GIS矢量數(shù)據(jù)圖像水印的校正及相似度計(jì)算，一定程度上提高了水印認(rèn)證的質(zhì)量，降低了水印認(rèn)證的漏檢率，完善了地理信息版權(quán)保護(hù)的理論與方法體系，可應(yīng)用于GIS矢量數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)技術(shù)與安全傳輸方面。本發(fā)明的方法同樣適用于文本水印。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例選用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例選用的原始版權(quán)標(biāo)記圖像。圖3是本發(fā)明方法的水印位置校正流程圖(a)為原始水印長度大于或等于提取水印長度情況下的校正；(b)為原始水印長度小于提取水印長度情況下的校正。圖4是本發(fā)明方法的水印相似度計(jì)算流程圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中水印位置的校正和相似度計(jì)算效果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用如下技術(shù)思路先利用原始水印W對提取的水印W'進(jìn)行位置校正，使得發(fā)生錯(cuò)亂的版權(quán)圖像的像素回到正確的位置；將校正好的水印W"與原始水印W采用字符串近似匹配的動態(tài)規(guī)劃算法進(jìn)行相似度計(jì)算。本實(shí)例選擇某一圖像水印，針對圖像水印的生成、水印位置的校正、水印的相似性
5計(jì)算的整個(gè)過程，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。本實(shí)例選擇江蘇省1 25的shp面圖層數(shù)據(jù) (如圖1)作為載體數(shù)據(jù)，選擇二值圖像標(biāo)志m(如圖2)作為版權(quán)信息。(1)水印位置校正的過程步驟一原始水印W= “10001110000011100101. · · ”，長為Lw = 6400，通過“最低有效位嵌入算法”嵌入載體數(shù)據(jù)D中，對D進(jìn)行刪除10%頂點(diǎn)的攻擊，獲得含水印的數(shù)據(jù)D'， 從 D'中提取出水印 W' = “10011000001110010110. .· ” 長為 Lw, = 5760，記 Loc = 0 ；步驟二 通過公式(1)計(jì)算兩水印的長度差d = 640 ；初始化要校正的序列W"，長度為Lw，W〃 (i) =' (1=0，1，2，...，1^-1)，其中'表示的是被修改的位置；步驟三因Lw = 6400，Lr = 5760，滿足Lff > Lr條件，執(zhí)行以下過程(如圖3 (a) 所示)a)從提取的水印 W'中讀取字符 W' (i)(i =0，1，2，...，LW_1)；b)從原始水印W中，從第Loc位開始取d+Ι個(gè)字符，若Loc+641 > Lw時(shí)，取Lw-Loc 個(gè)字符，記為W (di S)。c)將W' (0)與W(dis)進(jìn)行匹配，若匹配成功，則記錄匹配起始位置Pos = 1，進(jìn)入步驟d)；d)校正的水印 W"第 Loc+Pos-1 位為(0) = W' (0)，i = 1，Loc = Loc+Pos =1 ；e)循環(huán)a)、d)的過程，直至原始水印W讀取完或提取的水印W'讀取完成，保存校正后的序列W" =“100*11*000001110010110...，，。此時(shí)序列W"表示的是將W'中的圖像像素校正到正確位置后的水印，它與W的長度相等。(2)相似度計(jì)算過程(如圖4):步驟一令校正的水印W" =“100*11*000001110010110... ”為模式串，原始水印 W ="10001110000011100101... ”為匹配串，根據(jù)公式(2)生成距離矩陣M，其中α = 0,1, 2，...，6400 ；j = 0，1，2，...，6400)；步驟二 設(shè)I =Miff。=6400; κ表示從w"轉(zhuǎn)換為W的最少編輯次數(shù)，當(dāng)K = 時(shí)，
表示W(wǎng)"與W完全相同；步驟三讀取似 丨=6399,@K>MvWK=Mirl =6399； j = j+1 ；步驟四當(dāng)j < 6400時(shí)，循環(huán)步驟三，否則保存K = 628，進(jìn)入步驟五；步驟五計(jì)算原始水印W與還原的水印W"的相似度Sim;比值α = 0.0981，表示錯(cuò)誤水平，通過它可以對模式串W"容忍錯(cuò)誤的能力進(jìn)行度量，因此W與W"的相似度Sim =(l-α )*100%= 90. 019%。含水印的矢量數(shù)據(jù)經(jīng)過攻擊處理后，雖然能提取出水印信息，但由于矢量數(shù)據(jù)存儲形式的無序性，導(dǎo)致提取的水印信息發(fā)生移位、水印信息長度發(fā)生改變，因此水印相似度計(jì)算也增加了困難。由上述實(shí)例的水印還原和相似度的計(jì)算效果圖5可知經(jīng)過水印的位置校正處理，再計(jì)算水印的相似度，能夠正確地將提取的圖像水印的像素較正到正確的位置，直觀反映出數(shù)據(jù)被篡改的位置，并客觀地度量原始水印與提取水印的相似度，有效地提高了版權(quán)認(rèn)證的質(zhì)量，降低漏檢率。本發(fā)明實(shí)施例中僅以圖像水印進(jìn)行位置校正與相似度計(jì)算，該方法也同樣適用于文本水印。
權(quán)利要求
1. 一種GIS矢量數(shù)據(jù)圖像水印的相似度計(jì)算方法，包括以下過程(1)水印位置校正的過程步驟一原始水印W長為Lw，通過嵌入算法將水印W嵌入載體數(shù)據(jù)D中，對D進(jìn)行攻擊獲得含水印的數(shù)據(jù)D'，從D'中提取出水印W'長為Lw,，記Loc = O;步驟二 通過公式(1)計(jì)算兩水印W和W'的長度差d ；初始化要校正的水印序列W"， 長度為Lw，W〃 (i) =' ，其中'表示的是被修改的位置，i = 0，l，2，-,Lff-I ；d = Lff-Lr I (1)步驟三(a)當(dāng)原始水印長度大于或等于提取的水印長度時(shí)，即Lw > Lw,時(shí)i)從提取的水印W'中讀取字符W'(i)，i = 0，l，2，-,Lff-I ；ii)從原始水印W中，從第Loc位開始取d+Ι個(gè)字符，若Loc+d+1> Lw時(shí)，取Lw-Loc個(gè)字符，記為W(dis)；iii)將W'(i)與W(dis)進(jìn)行匹配，若匹配成功，則記錄匹配起始位置Pos，進(jìn)入步驟 iv)；若匹配不成功，則i = i+1, Loc = Loc+1，進(jìn)入步驟ν)；iv)校正水印序列W"第 Loc+Pos-1 位為W〃 (Loc+Pos-1) = W' (i)，i = i+1, Loc =Loc+Pos ；ν)循環(huán)i)、iv)的過程，直至原始水印W或提取的水印W'讀取完成，保存校正后的水印序列W"，此時(shí)序列W"是將提取的水印序列W'中的圖像像素校正到正確位置后的水印，并且其長度與水印W的長度相等；(b)當(dāng)原始水印長度小于提取水印的長度時(shí)，即Lw < Lw,時(shí)i)從原始的水印W中讀取字符W⑴，i= 0,1,2, -,Lff-I ；ii)從提取的水印W'中從第Loc位開始取d+Ι個(gè)字符，若Loc+d+1> Lr時(shí)，則取 Lw, -Loc 個(gè)字符，記為 W' (dis)；iii)將W(i)與Ψ(dis)進(jìn)行匹配，若匹配成功，則記錄配起始位置Pos，進(jìn)入步驟 iv)；若匹配不成功則i = i+1, Loc = Loc+1，進(jìn)入步驟ν)；iv)校正的水印序列W"第i位為=W"⑴=ff(i),i = i+1, Loc = Loc+Pos ；ν)循環(huán)步驟i)至iv)的過程，直至原始水印W或提取的水印W'讀取完成，保存校正后的水印序列W"，此時(shí)序列W"是將提取的水印序列W'中的圖像像素校正到正確位置后的水印，并且其長度與水印W的長度相等；(2)相似度計(jì)算過程步驟一令校正后的水印序列W"為模式串，原始水印W為匹配串，根據(jù)公式生成距離矩陣 M，其中，i = 0,1,2,..., Lff ;j =0,1, 2,..., Lff;Mi.o^i^Mj.o-OM \^-U-Iif (W"{i) = W (j)) (2)Ull + mm^—i ’廣々Μ, #),/(『 『(_/))步驟二 設(shè)f =mLw，0 ；K表示從校正后的水印序列W"轉(zhuǎn)換為原始水印W的最少編輯次數(shù)，當(dāng)K = O時(shí)，表示序列W"與原始水印W完全相同；步驟三讀取Mw，判斷K的大小，當(dāng)K>MW時(shí)，K=Mw，j = j+1 ；步驟四當(dāng)j ^ Lw時(shí)，循環(huán)步驟三，否則進(jìn)入步驟五；步驟五計(jì)算原始水印W與還原后的水印序列W"的相似度Sim= (1-α)*100%，其中，比值α [!(/!^表示錯(cuò)誤水平，通過它可以對模式串W"容忍錯(cuò)誤的能力進(jìn)行度量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GIS矢量數(shù)據(jù)圖像水印的相似度計(jì)算方法，屬于地理信息版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域。該方法先利用原始水印W對提取的水印W′進(jìn)行位置校正，使得發(fā)生錯(cuò)亂的版權(quán)圖像的像素回到正確的位置，然后將校正好的水印W″與原始水印W采用字符串近似匹配的動態(tài)規(guī)劃算法進(jìn)行相似度計(jì)算。本發(fā)明的方法能夠正確地將提取的圖像水印的像素較正到正確的位置，直觀反映出數(shù)據(jù)被篡改的位置，并客觀地度量原始水印與提取水印的相似度，在一定程度上提高了水印認(rèn)證的質(zhì)量，降低了水印認(rèn)證的漏檢率，完善了地理信息版權(quán)保護(hù)的理論與方法體系，可應(yīng)用于GIS矢量數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)技術(shù)與安全傳輸方面。
文檔編號G06T1/00GK102254296SQ20111019567
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者周衛(wèi), 李安波, 李莎莎, 閭國年 申請人:南京師范大學(xué)