CN103198449A - 一种三维图像的数字水印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种三维图像的数字水印方法。将彩色图像与深度图像结合，根据深度图像确定视差为零的点，进行重新组合，形成新的载体图像。然后运用二维水印的方法进行水印嵌入和检测。该方法能够克服基于深度图像渲染（DIBR）方法中像素移动对水印信息的破坏。实现二维图像水印在三维图像中的应用，在三维图像保护中有广泛应用。

Description

一种三维图像的数字水印方法
技术领域
本发明涉及一种三维图像的数字水印方法，属于多媒体信号处理技术领域。
背景技术
数字水印技术作为一种出色的版权保护手段，在2D图像/视频的版权保护方面已经得到了广泛的研究和应用。近几年，3D图像/视频系统发展迅速，市场价值凸显，随之而来的3D图像/视频的版权保护问题逐渐成为研究的热点。如何利用3D图像独有的特征，研究合理有效的3D图像/视频产品的数字水印技术是一个值得探讨并深入研究的新课题。
对于基于深度图像绘制（DIBR）方式的用户来说，提供商可能是传输中央图和深度图到接收方的机顶盒，由接收方的机顶盒合成左右眼的视频，因此用户只能接触到左右眼的视频。而不法用户可能会恶意发布左右眼视频。这种情况下，就需要在发布的左右眼视频中能提取出提供商的版权信息。
大多数的研究者都将注意力集中到如何克服2D图像到3D图像转换过程中的像素移动所带来的几何攻击。但是此类数字水印方法嵌入容量小，且鲁棒性比较差。本发明基于视差为零的点在由中央图转换到左右眼视图时不发生改变这一性质，先根据深度图计算出视差值，然后对中央图进行变换，提取出中央图中视差为零的点并将它们重新组合成新矩阵，将该新矩阵作为水印嵌入的载体图像，再利用传统的二维数字水印方法进行水印嵌入。水印检测时，对左右眼视图采取与嵌入时对中央图相同的变换，对变换得到的图像进行检测。实验证明，本发明提出的方法克服了像素移动引入的几何攻击。
发明内容
本发明提出了一种三维图像的数字水印方法，在已知深度图的前提下，对变换后的中央图进行水印的嵌入，检测时对变换后的左右眼视图进行检测，具体步骤为：
在水印嵌入端：
（1）深度图视差零值点计算：根据深度图计算出每个像素点的视差值，找出视差为零的点；
（2）水印嵌入载体图像生成：将中央图与深度图视差计算结果相对应，提取中央图中视差为零的点，将这些点进行组合，得到水印嵌入载体图像；
（3）水印嵌入：在上述生成的水印嵌入载体图像中嵌入二维水印；
在水印检测端：
（1）待检测左右眼视图预处理：将待检测的左右眼视图与水印嵌入端第（1）步中得到的深度图视差计算结果相对应，提取左右眼视图中视差为零的点，并以与嵌入端水印嵌入载体图像生成时相同的方式将这些点进行组合，得到可用于水印提取的图像；
（2）对经过左右眼视图预处理后的图像进行水印检测。
优选地，嵌入端步骤（2）和检测端步骤（1）中的组合方法是将各像素按照行的顺序依次排列成一维向量，然后组合成方阵；或者是按照随机的方式将视差为零的点进行置乱排列，然后组合成方阵。
优选地，嵌入端步骤（3）中的水印嵌入方法是扩频水印（SS）或者扩展变换抖动调制（STDM）。
本发明根据深度图像将中央图中视差为零的点重新组合后进行水印嵌入，由于视差为零的点在中央图中和左右眼视图中不会发生改变，所以水印检测效果和二维图像效果相同。实现了利用数字水印技术对三维图像的保护。
附图说明
图1是本发明的方法框图。
图2是本发明深度图处理。其中图（a）为原始深度图；图（b）为标记了零视差点的深度图，其中白色区域为视差为零的像素点。
图3是本发明没有攻击条件下两种重组方法中，在中央图、左眼视图、右眼视图提取的水印结果。
图4是本发明对高斯噪声攻击和椒盐噪声攻击的鲁棒性实验结果。星型曲线为按照行的顺序重组图像的鲁棒性曲线；圆圈曲线为置乱重组图像的鲁棒性曲线。（a）为对高斯噪声的鲁棒性曲线；（b）为对于椒盐噪声的鲁棒性曲线。
具体实施方式
本发明利用中央图的深度图，在DIBR方案中，将视差为零的点重新组合后进行水印嵌入，实现三维图像的保护。图1为方法框图。
1.中央图像的零视差点重新组合
（1）对于大小为1080*1920的彩色图像，设定屏幕像素级的最大视差M_pixel为10。
（2）读入中央图像和深度图像，利用深度图像根据下面公式得到视差值
parallax＝M_pixel-2*depth/255
其中，parallax为视差值，M_pixel为屏幕像素级的最大视差，depth为深度图像的深度值。
（3）根据得到的视差值确定视差为零的点在中央图像中对应的坐标。如图2所示，图（b）中白色区域为视差为零的像素点。
（4）提取中央图中视差为零的点，将这些点进行组合，得到水印嵌入载体图像。本实施例中实验了两种重组方法：其一将视差为零的点按照行的顺序组合为一个一维向量，然后根据该向量的长度，将其组合为方阵，用于水印嵌入；其二将视差为零的点按照一组随机数生成的随机顺序排列为一维向量，然后组合成方阵，用于水印嵌入。
2.水印嵌入
（1）将步骤1中得到的重组后的图像矩阵作为新的载体图像进行水印的嵌入，嵌入方法选取比较成熟的二维水印的方法，如扩频水印（SS）、扩展变换抖动调制（STDM）等。
（2）将载体图像中的点还原到原始中央图像中，形成嵌入水印后的中央图像。水印嵌入完毕。
3.水印检测
待检测对象是基于深度图像渲染（DIBR）生成的左眼视图或者右眼视图。将待检测的左右眼视图与水印嵌入时得到的深度图视差计算结果相对应，提取左右眼视图中视差为零的点，并以与嵌入端水印嵌入载体图像生成时相同的方式将这些点进行组合，得到可用于水印提取的图像；然后对重组后图像进行水印检测。
如图3所示，在没有攻击的条件下，两种重组图像中，在中央图、左眼视图、右眼视图中的水印检测结果完全正确，说明在由中央图生成左右眼视图时，视差为零的点没有发生像素移动。
在水印鲁棒性方面，如图4所示，两幅图分别为该方法对于高斯噪声和椒盐噪声的鲁棒性的结果图，由图可知该方法鲁棒性与二维水印方法鲁棒性相近。

Claims (5)

1.一种三维图像的数字水印方法，其特征在于：在已知深度图的前提下，对变换后的中央图进行水印的嵌入，检测时对变换后的左右眼视图进行检测，具体步骤为：
在水印嵌入端：
（1）深度图视差零值点计算：根据深度图计算出每个像素点的视差值，找出视差为零的点；
（2）水印嵌入载体图像生成：将中央图与深度图视差计算结果相对应，提取中央图中视差为零的点，将这些点进行组合，得到水印嵌入载体图像；
（3）水印嵌入：在上述生成的水印嵌入载体图像中嵌入二维水印；
在水印检测端：
（1）待检测左右眼视图预处理：将待检测的左右眼视图与水印嵌入端第（1）步中得到的深度图视差计算结果相对应，提取左右眼视图中视差为零的点，并以与嵌入端水印嵌入载体图像生成时相同的方式将这些点进行组合，得到可用于水印提取的图像；
（2）对经过左右眼视图预处理后的图像进行水印检测。
2.根据权利要求1所述的三维图像的数字水印方法，其特征在于：嵌入端步骤（2）和检测端步骤（1）中的组合方法是将各像素按照行的顺序依次排列成一维向量，然后组合成方阵。
3.根据权利要求1所述的三维图像的数字水印方法，其特征在于：嵌入端步骤（2）和检测端步骤（1）中的组合方法是按照随机的方式将视差为零的点进行置乱排列，然后组合成方阵。
4.根据权利要求1所述的三维图像的数字水印方法，其特征在于：嵌入端步骤（3）中的水印嵌入方法是扩频水印。
5.根据权利要求1所述的三维图像的数字水印方法，其特征在于：嵌入端步骤（3）中的水印嵌入方法是扩展变换抖动调制。
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