[00146531]基于矩阵分解的融合域高性能彩色图像数字水印技术研究

1. 课题来源与背景 随着大数据技术的快速发展,数字图像已成为多媒体大数据的主要数据,其版权保护问题已经引起国内外学者的高度关注。由于多媒体大数据具有信息量大、内容相关性高、数据冗余度大等特点,传统的密码技术已经难以解决其版权保护、数据溯源等内容安全问题,因此进行基于矩阵分解的融合域彩色图像水印技术研究是十分必要和迫切的。 2.研究目的与意义 本项目针对多媒体大数据环境下出现的版权保护、数据溯源等新问题,利用多媒体大数据具有的高度冗余性,提出基于矩阵分解的融合域高性能彩色图像水印新方法,突破传统水印算法实时性差的瓶颈,不仅为研究多媒体大数据中的图像水印提供强有力的理论支撑,而且其成果可以进一步被扩展、推广到视频水印领域,具有很好的应用前景。本项目立足科技发展前沿,研究目标明确,学术思想新颖,具有重要的理论价值和现实意义。 3.主要论点与论据 （1）研究了基于融合域的高实时性彩色图像水印新方法 本项目融通了空域与变换域的关系,先后理论证明并实验验证了矩阵奇异值分解、Schur分解、QR分解、快速傅里叶变换、离散小波变换等的特殊系数在空域中的实现机制,提出多种融合域数字水印方法,充分发挥了空域算法实时性好、变换域算法鲁棒性高的优势,提高了彩色图像数字水印算法的性能。 （2）研究基于矩阵分解的高不可见性彩色图像水印新方法 本项目利用矩阵分解后系数之间的高度相似性及数字水印的多数字基表示,将三进制编码的彩色图像数字水印嵌入到QR分解的正交矩阵中,实际减少了被修改的像素数量,提高了数字水印算法的不可见性。 （3）研究抗几何攻击的高鲁棒性彩色图像水印新方法 本项目在数字水印设计过程中,分析影响几何攻击的特点,借助图像边缘像素的几何特性,运用伪随机置乱算法,改善水印嵌入位置及提取策略,提高算法的抗剪切、缩放及旋转攻击的能力。 4. 创见与创新 （1）结合空域、变换域水印算法各自的优点,提出在空域中实现变换域的融合域彩色图像数字水印方法,提高算法的实时性。 （2）借助矩阵分解后的因子关系,兼顾水印的鲁棒性要求,设计基于矩阵分解补偿与优化的高不可见性彩色图像水印方法。 （3）构造图像边缘提取算子,提出基于图像边缘像素特征的抗几何攻击鲁棒性水印算法,解决大容量彩色图像数字水印抗几何攻击鲁棒性差的难题。 5.取得的标志性成果整体情况 通过本项目研究,项目组在国内外重要学术期刊已经发表论文10篇,其中SCI期刊论文6篇,在此基础上项目主持人申请获批国家自然科学基金面上项目1项,另外项目成员3位老师获批国家自然科学基金面上项目3项,项目组申请获批国家发明专利4项,指导培养硕士生3名,并形成一套基于QR分解的图像版权保护系统V1.0,至此超额完成申请书中所有预定目标。 6. 应用及成果转化前景 在项目实施过程中,积极进行科技成果转移转化工作,现已将部分专利与烟台东方威思顿电气有限公司进行合作转化成应用成果,在该公司的数字版权保护中发挥积极作用。随着国家数字安全意识的日益提高,数字版权保护的需求日趋增多,四川宇飞信息工程有限责任公司的迅猛发展及其对行业国标的制定充分证明了数字水印广泛应用的重要意义,本项目提出的高性能彩色图像数字水印具有较好的应用前景,具有一定的工程应用价值。 7.科学意义 研究并发现了空域与变换域特殊情况下的融合机理,在空域中快速实现变换域数字水印算法（简称融合域数字水印算法）,这样水印嵌入与提取无需进入复杂的变换域而在空域中即可完成,缩短了水印嵌入与提取的运行时间,该融合机理的研究发现具有重要的科学意义。