CN106997578A - 一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法 - Google Patents

Abstract

一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法，包括以下步骤：(1)、设计一组具有标识意义的虚拟抛物线图形标识；(2)、抛物线图形指纹特征点的嵌入策略；(3)、虚拟抛物线矢量地图数字指纹嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟抛物线图形的每一个虚拟抛物线检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点作为图形指纹特征点插入到坐标序列中；(4)基于虚拟抛物线图形特征的数字指纹检测方法。

Description

一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法

技术领域

本发明涉及矢量图形数据等领域的数据版权保护方法。

背景技术

数字技术的飞速发展以及互联网的普及给人们的工作和生活带来了巨大便利。以数字媒介为载体的图形图像作品由于其获取容易、复制简单和传播迅速等优点，极大地丰富了人们的生活。但是，利用网络的开放性和共享性所进行的一些恶意的行为，诸如侵犯版权、信息篡改等，严重地损害了数字作品的创作者和使用者的利益，数字作品的所有者迫切需要解决知识产权保护问题。因此采用多种手段对数字作品进行保护、对侵权者进行惩罚已经成为迫在眉睫的工作。

为了打击非法获取及传播活动，信息安全领域的一些技术手段被应用于数字作品的版权保护，如加密技术，虽然在一定程度上增加了盗版的难度，但是用户最终必须能够使用作品内容，否则产品对于合法购买者来说毫无用处。一旦作品内容被获取，加密的方法就很难再防止产品的拷贝和非法传播了。对此，国外许多学者提出了一系列新的信息安全保护思想，特别是在知识产权保护、防篡改及信息内嵌式注释等领域提出了崭新的防范与保护措施。信息隐藏、数字水印与数字指纹技术就是新的数字产品保护措施之一。其中数字水印和数字指纹统称为版权标识技术，它是将特定的信息(如版权信息、秘密消息等)嵌入到图形、图像、语音、视频及文本文件等各种数字产品中，以达到标识、注释及版权保护等目的。同时，这种信息对宿主载体的影响不足以引起人们的注意且具有特定的恢复方法，此信息对非法接受者应该是不可见、不可察觉的。两者的主要区别在于数字水印技术仅能作用于数字产品的版权认证，但是还不能有效阻止数字产品的非法复制；而数字指纹技术将认证信息(包括生产者信息、用户信息、版本号等)隐藏在用户所购买的数字产品中，以此来维护该产品的版权。数字指纹的目的是鉴别一个数据对象的原始购买者，即一次交易中接收方的身份。在购买者无法抵赖其购买行为的前提下，由于每份拷贝中引入的误差各不相同，从被非法再分发的拷贝中的误差可以跟踪到数据对象的原始购买者，以达到保护发行者版权利益的目的。它虽然不能防止对数字产品的非法拷贝，但却能对非法拷贝进行跟踪，从而对非法拷贝起到威慑作用。

发明内容

为了克服现有的矢量地图数据容易被非法拷贝、被逆向破解和原始数据无损恢复的不足，本发明提供一种能以有效解决矢量地图数据被非法拷贝、被逆向破解和原始数据无损恢复问题的抗解释攻击的矢量地图数据版权保护方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法，所述一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法包括以下步骤：

(1)、设计一组具有标识意义的虚拟抛物线图形标识；

(1.1)、根据抛物线方程y＝a(x-X₀)²+Y₀，其中(X₀，Y₀)为抛物线顶点坐标，a为抛物线参数；

(1.2)、定义一组具有指纹信息特征的抛物线组a_i，其中i为指纹信息特征组编号；

(1.3)、定义虚拟抛物线矩形范围，即长和宽(L，W)；

(1.4)、定义虚拟抛物线顶点坐标 (X_0i，Y_0i)；其中X_0i＝mL，m为拓展列，k为拓展行；

(1.5)、由抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)、抛物线半径a_i这一系列变量，构成具有标识意义的特定虚拟抛物线组，此虚拟抛物线组中包含有数字指纹信息；

(1.6)、所述虚拟抛物线数字指纹信息可以通过扩展覆盖矢量图全图；

(2)、抛物线图形指纹特征点的嵌入策略

(2.1)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切点就作为特征点插入矢量地图坐标序列中；

(2.2)、当虚拟抛物线与矢量图坐标序列的线段相交，且有两个交点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；

(2.3)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接把端点作为图形特征点；

(2.4)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点作为图形特征点；

(2.5)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列中线段的两个端点 (X₁，Y₁)－(X₂，Y₂)正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要消除三点共线因素，采用交点沿着抛物线左右移动一个限定的误差值d；那么这两个点中，按特定原则选择那一个其中一个特征点作为图形特征点插入矢量地图坐标串。

(3)、虚拟抛物线矢量地图数字指纹嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟抛物线图形的每一个虚拟抛物线检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点作为图形指纹特征点插入到坐标序列中，具体如下：

(3.1)、读取矢量地图坐标序列数据；

(3.2)、输入虚拟抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)；

(3.3)、输入虚拟抛物线半径a_i；

(3.4)、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟抛物线组中的虚拟抛物线y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点；

(3.5)、设交点为(x，y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂) 线段上的一点，其(x，y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

把公式(2)确定的交点(X，Y)代入已知的虚拟抛物线方程y＝a_i(y-X_i)²+Y_i得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚拟抛物线相切，当Δ＞0时，线段与虚拟抛物线相交，且有两个交点；当Δ＜0时，线段与抛物线没有交点。再把求得μ代入(2)式，即可求得交点(x，y)坐标的坐标值；

(3.6)、根据虚拟抛物线矩形范围(mL，kW)确定指纹特征点是否在矩形范围内，如果是，则依据指纹特征点嵌入策略，把图形特征点插入到矢量地图坐标序列中的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)之间，得到具有虚拟抛物线图形特征指纹特征点分布于整体的矢量地图数据。

(4)基于虚拟抛物线图形特征的数字指纹检测方法，所述检测方法步骤如下：

(4.1)、读取矢量地图坐标序列数据；

(4.2)、输入具有密钥的虚拟抛物线参数；

(4.3)、根据虚拟抛物线参数，对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟抛物线组中的虚拟抛物线y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i与线段 (X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点。

(4.4)、设交点为(x，y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂) 线段上的一点，其(x，y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

把公式(3)确定的交点(x，y)代入已知的虚拟抛物线方程 y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i求得μ一元二次方程；

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚拟抛物线相切，当Δ＞0时，线段与虚拟抛物线相交，且有两个交点；当Δ＜0时，线段与虚拟抛物线没有交变。再求得μ一元二次方程解代入(3)式，即求得交点(x，y)坐标的坐标值；

(4.5)、根据求得交点(x，y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟圆上的水印特征点提取出来；

(4.6)、根据求得交点(x，y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟抛物线上的指纹特征点提取出来；

(4.7)、根据提取出来的指纹特征点集，构建虚拟抛物线，确定基于虚拟抛物线图形特征指纹的存在；

本发明技术核心思想是针对矢量地图数字水印抵抗解释攻击的鲁棒性能较差的特点，提出了一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法。本方法利用矢量地图数据的整体几何特点与应用特性，通过构造虚拟抛物线图形特征信息，经过图形集合运算，把虚拟抛物线图形特征信息以矢量地图数据特征点的形式嵌入到矢量图形数据序列中，实现了虚拟抛物线图形特征信息与矢量地图数据的有机融合，图形的集合运算具备版权的唯一性声明条件，从而有效地解决了解释攻击造成的多版权声明问题。

本发明的优点是：利用矢量地图数据的图形特性，实现抛物线图形特征信息与矢量地图数据的有机融合，有效地解决版权的唯一性声明条件与解释攻击造成的多版权声明问题。

附图说明

图1为抛物线图形特证的数字指纹嵌入原理示意图。

图2为抛物线图形特证的数字指纹检测原理示意图。

图3为二进制版权信息到抛物线图形空间信息转换的示意图。

图4为未嵌入指纹信息的矢量地图。

图5为已嵌入抛物线图形特征的指纹信息的矢量地图，其中黑色圆点为嵌入的指纹特征信息。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法，所述抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法包括以下步骤：

本实施例的具体工作过程为：

(1)、图3是二进制版权信息到二维图形空间信息转换的示意图，具体过程为依据二进制版权信息设计一组具有标识意义的虚拟抛物线图形标识；

(1.1)、根据抛物线方程y＝a(x-X₀)²+Y₀，其中(X₀，Y₀)为抛物线顶点坐标，a为抛物线参数；

(1.2)、定义一组具有指纹信息特征的抛物线组a_i，其中i为指纹信息特征组编号；

(1.3)、定义虚拟抛物线矩形范围，即长和宽(L，W)；

(1.4)、定义虚拟抛物线顶点坐标 (X_0i，Y_0i)；其中X_0i＝mLm为拓展列，k为拓展行；

(1.5)、由抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)、抛物线半径a_i这一系列变量，构成具有标识意义的特定虚拟抛物线组，此虚拟抛物线组中包含有数字指纹信息；

(1.6)、所述虚拟抛物线数字指纹信息可以通过扩展覆盖矢量图全图；

(2)、抛物线图形指纹特征点的嵌入策略

(2.1)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切点就作为特征点插入矢量地图坐标序列中；

(2.2)、当虚拟抛物线与矢量图坐标序列的线段相交，且有两个交点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；

(2.3)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接把端点作为图形特征点；

(2.4)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点作为图形特征点；

(2.5)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列中线段的两个端点 (X₁，Y₁)－(X₂，Y₂)正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要消除三点共线因素，采用交点沿着抛物线左右移动一个限定的误差值d；那么这两个点中，按特定原则选择那一个其中一个特征点作为图形特征点插入矢量地图坐标串。

(3)、虚拟抛物线矢量地图数字指纹嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟抛物线图形的每一个虚拟抛物线检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点作为图形指纹特征点插入到坐标序列中，具体如下：

(3.1)、读取矢量地图坐标序列数据；

(3.2)、输入虚拟抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)；

(3.3)、输入虚拟抛物线半径a_i；

(3.4)、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟抛物线组中的虚拟抛物线y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点；

(3.5)、设交点为(x，y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂) 线段上的一点，其(x，y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

把公式(2)确定的交点(X，Y)代入已知的虚拟抛物线方程 y＝a_i(y-X_i)²+Y_i得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚拟抛物线相切，当Δ＞0时，线段与虚拟抛物线相交，且有两个交点；当Δ＜0时，线段与抛物线没有交点。再把求得μ代入(2)式，即可求得交点(x，y)坐标的坐标值；

(3.6)、根据虚拟抛物线矩形范围(mL，kW)确定指纹特征点是否在矩形范围内，如果是，则依据指纹特征点嵌入策略，把图形特征点插入到矢量地图坐标序列中的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)之间，得到具有虚拟抛物线图形特征指纹特征点分布于整体的矢量地图数据。

(4)基于虚拟抛物线图形特征的数字指纹检测方法，所述检测方法步骤如下：

(4.1)、读取矢量地图坐标序列数据；

(4.2)、输入具有密钥的虚拟抛物线参数；

(4.3)、根据虚拟抛物线参数，对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟抛物线组中的虚拟抛物线y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i与线段 (X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点。

(4.4)、设交点为(x，y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂) 线段上的一点，其(x，y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

把公式(3)确定的交点(x，y)代入已知的虚拟抛物线方程 y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i求得μ一元二次方程；

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚拟抛物线相切，当Δ＞0时，线段与虚拟抛物线相交，且有两个交点；当Δ＜0时，线段与虚拟抛物线没有交变。再求得μ一元二次方程解代入(3)式，即求得交点(x，y)坐标的坐标值；

(4.5)、根据求得交点(x，y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟圆上的水印特征点提取出来；

(4.6)、根据求得交点(x，y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟抛物线上的指纹特征点提取出来；

(4.7)、根据提取出来的指纹特征点集，构建虚拟抛物线，确定基于虚拟抛物线图形特征指纹的存在。

Claims (1)

1.一种抛物线图形特征的数字指纹嵌入与检测方法，包括以下步骤：

(1)、设计一组具有标识意义的虚拟抛物线图形标识；

(1.1)、根据抛物线方程y＝a(x-X₀)²+Y₀，其中(X₀，Y₀)为抛物线顶点坐标，a为抛物线参数；

(1.2)、定义一组具有指纹信息特征的抛物线组a_i，其中i为指纹信息特征组编号；

(1.3)、定义虚拟抛物线矩形范围，即长和宽(L，W)；

(1.4)、定义虚拟抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)；其中X_0i＝mL，m为拓展列，k为拓展行；

(1.5)、由抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)、抛物线半径a_i这一系列变量，构成具有标识意义的特定虚拟抛物线组，此虚拟抛物线组中包含有数字指纹信息；

(1.6)、所述虚拟抛物线数字指纹信息可以通过扩展覆盖矢量图全图；

(2)、抛物线图形指纹特征点的嵌入策略

(2.1)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切点就作为特征点插入矢量地图坐标序列中；

(2.2)、当虚拟抛物线与矢量图坐标序列的线段相交，且有两个交点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；

(2.3)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接把端点作为图形特征点；

(2.4)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点作为图形特征点；

(2.5)、当虚拟抛物线与矢量地图坐标序列中线段的两个端点(X₁，Y₁)－(X₂，Y₂)正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要消除三点共线因素，采用交点沿着抛物线左右移动一个限定的误差值d；那么这两个点中，按特定原则选择那一个其中一个特征点作为图形特征点插入矢量地图坐标串。

(3)、虚拟抛物线矢量地图数字指纹嵌入过程，对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟抛物线图形的每一个虚拟抛物线检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点作为图形指纹特征点插入到坐标序列中，具体如下：

(3.1)、读取矢量地图坐标序列数据；

(3.2)、输入虚拟抛物线顶点坐标(X_0i，Y_0i)；

(3.3)、输入虚拟抛物线半径a_i；

(3.4)、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟抛物线组中的虚拟抛物线y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点；

(3.5)、设交点为(x，y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)线段上的一点，其(x，y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

$\left\{\begin{array}{c}x=X_2+\mathrm{\μ}(X_1-X_2)\\ y=Y_2+\mathrm{\μ}(Y_1-Y_2)\end{array}\right.---\left(2\right)$

把公式(2)确定的交点(X，Y)代入已知的虚拟抛物线方程y＝a_i(y-X_i)²+Y_i得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚拟抛物线相切，当Δ＞0时，线段与虚拟抛物线相交，且有两个交点；当Δ＜0时，线段与抛物线没有交点。再把求得μ代入(2)式，即可求得交点(x，y)坐标的坐标值；

(3.6)、根据虚拟抛物线矩形范围(mL，kW)确定指纹特征点是否在矩形范围内，如果是，则依据指纹特征点嵌入策略，把图形特征点插入到矢量地图坐标序列中的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)之间，得到具有虚拟抛物线图形特征指纹特征点分布于整体的矢量地图数据。

(4)基于虚拟抛物线图形特征的数字指纹检测方法，所述检测方法步骤如下：

(4.1)、读取矢量地图坐标序列数据；

(4.2)、输入具有密钥的虚拟抛物线参数；

(4.3)、根据虚拟抛物线参数，对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟抛物线组中的虚拟抛物线y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i与线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点。

(4.4)、设交点为(x，y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)线段上的一点，其(x，y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{X_1+{\mathrm{\μX}}_2}{1+\mathrm{\μ}}\\ y=\frac{Y_1+{\mathrm{\μY}}_2}{1+\mathrm{\μ}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

把公式(3)确定的交点(x，y)代入已知的虚拟抛物线方程y＝a_i(x-X_0i)²+Y_0i求得μ一元二次方程；

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚拟抛物线相切，当Δ＞0时，线段与虚拟抛物线相交，且有两个交点；当Δ＜0时，线段与虚拟抛物线没有交变。再求得μ一元二次方程解代入(3)式，即求得交点(x，y)坐标的坐标值；

(4.5)、根据求得交点(x，y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟圆上的水印特征点提取出来；

(4.6)、根据求得交点(x，y)坐标的坐标值，线段的端点坐标的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)进行比较；限差在规定范围内，即交点与端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟抛物线上的指纹特征点提取出来；

(4.7)、根据提取出来的指纹特征点集，构建虚拟抛物线，确定基于虚拟抛物线图形特征指纹的存在。