CN108449527B - 一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法及系统。该方法包括：获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像；依据预设QR码的版本号和纠错等级，将水印信息生成QR码水印图像；获取QR码水印图像中每个水印对应的角度编码；获取随机生成的伪随机二值矩阵；依据伪随机二值矩阵生成模板水印图像；依据模板水印图像生成标识模板水印图像；利用角度编码对模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像；将带角度信息的模板水印图像和标识模板水印图像均嵌入到遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像；对水印遥感图像进行水印信息检测，获取水印遥感图像中的水印信息。本发明能够有效抵抗屏摄攻击，抗干扰能力好，鲁棒性强。

Description

一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法及系统

技术领域

本发明涉及地理信息安全技术领域，特别是涉及一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法及系统。

背景技术

遥感影像作为地理空间信息的主要数据来源之一，具有数据量庞大、更新速度快、时间特征明显等特点，在国家地理信息资源中占据重要的基础性和战略性位置。目前，遥感影像数据已经被广泛应用于地球科学研究和基础设施建设中，主要包括国土、测绘、环境等领域，为资源开发、工程建设、环境保护等方面提供了重要的数据支持。

随着“互联网+”和大数据时代的到来，网络技术的融合、数据的共享以及数据传输通道和信息发布平台的公开，使得遥感影像存储、复制、传输等变得方便快捷。但是，随之而来的数据安全问题也变得日益凸显。数据的泄露、恶意盗取、非法传播等事件频繁发生、屡禁不止，不仅对遥感影像所有者造成版权侵害使其蒙受经济损失，更会对国家安全和国防建设造成巨大的危害。

近年来，随着“4G”技术的普及以及摄像技术的不断精进，高质量数字输入输出技术飞速发展，特别是拍摄像素很高的手机、数码相机等设备。这些技术为人们的生活和工作提供了极大的方便，与此同时使用这些设备进行屏幕摄像也使得数据泄露、盗取和传播变得十分简单。因此，保护遥感影像数据安全刻不容缓，研究针对屏摄过程的安全技术手段具有重要的意义和实用价值。

数字水印技术作为一种信息安全技术，通过将水印信息利用特定方法隐藏于数字内容中，为保护遥感影像数据安全提供了一种切实可行的解决途径。目前，数字水印技术已受到学术界的高度关注，国内外诸多学者致力于图形、图像、音频和视频等方面的研究，并取得一定研究成果。在提高遥感影像数据的安全性的研究中，许多研究人员致力于通过打印扫描从印刷地图中提取出水印信息的研究，这些方案在一定程度上可以抵抗打印和扫描过程，但同时存在以下不足：1)必须同时满足打印机和扫描仪才能进行水印信息的检测，然而在实际工作中可能出现无法直接获取可疑数据进行水印检测的情况，即数据不能被直接打印扫描，此时数据就难以得到保护；2)在数据进行分发的过程中，若接触机密数据的人员通过屏摄过程进行数据泄密，数据版权信息也很难得到保护。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法及系统，以增强遥感图像的抗干扰能力，提高遥感影像数据的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，包括：

获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像；

依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将所述水印信息生成QR码水印图像；

获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码；

获取随机生成的伪随机二值矩阵；

依据所述伪随机二值矩阵生成模板水印图像，所述模板水印图像具有周期性和方向性；

依据所述模板水印图像生成标识模板水印图像，所述标识模板水印图像中的直线相互垂直；

利用所述角度编码对所述模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像；

将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像；

对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

可选的，所述获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码，具体包括：

提取所述QR码水印图像的数据编码信息，所述编码信息的长度为L；

将所述数据编码信息按照每四位码为一组的形式进行组合，得到组合后的数据编码信息，所述组合后的数据编码信息的长度为所述组合后的数据编码信息由多个水印构成，每四位码表示一个所述水印；

将所述组合后的数据编码信息转换成二维水印数组，所述二维水印数组的行数和列数分别为l₁和l₂，

将[0-180°]平均分为多个角度范围；

确定所述二维水印数组中每个水印对应的角度范围；

将每个水印对应的角度范围的中心值确定为对应的水印的角度编码。

可选的，所述将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像，具体包括：

计算所述遥感图像的蓝色通道图像的最小可察觉误差，所述遥感图像的蓝色通道图像的长度为a，宽度为b；

分别对所述遥感图像的蓝色通道和所述遥感图像的最小可察觉误差进行4×4分块，得到多个第一子像素矩阵块，多个所述第一子像素矩阵块之间互不重叠，每个所述第一子像素矩阵块的长度为宽度为

对每个所述第一子像素矩阵块进行(l₁+1)×(l₂+1)分块，得到多个第二子像素矩阵块；

将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述第二子像素矩阵块中，得到水印遥感图像，所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像的长度均为宽度均为

可选的，所述嵌入规则为：

VB’_i(x,y)＝VB_i(x,y)+δ₁×JND(x,y)×PW(x,y)+δ₂×(1-JND(x,y))×PW(x,y)

其中，VB_i(x,y)指第i个第二子像素矩阵块的蓝色通道图像的像素值，VB’i(x,y)指嵌入水印之后第i个第二子像素矩阵块的蓝色通道图像的像素值，δ₁和δ₂指水印强度，δ₁＝10×δ₂，PW表示待嵌入的模板水印图像，PW＝(P^θ，P₀)，其中P^θ表示带角度信息的模板水印图像，θ表示角度编码，P₀表示标识模板水印图像，JND表示最小可察觉误差。

可选的，所述对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息，具体包括：

计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差；

分别对所述水印遥感图像和所述水印遥感图像的最小可察觉误差进行分块，得到多个第三子像素矩阵块；

寻找每个所述第二子像素矩阵块的标识模板水印块；

依据所述标识模板水印块确定含水印区域；

检测所述含水印区域的直线的角度，确定所述直线的角度对应的角度编码；

依据所述直线的角度对应的角度编码，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

可选的，在所述计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差之前，还包括：

当所述水印遥感图像受到屏摄攻击时，对所述水印遥感图像进行预处理，所述预处理包括去除摩尔纹、Harris角点检测和透视变换。

本发明还提供了一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像；

第一生成模块，用于依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将所述水印信息生成QR码水印图像；

角度编码获取模块，用于获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码；

二值矩阵获取模块，用于获取随机生成的伪随机二值矩阵；

第二生成模块，用于依据所述伪随机二值矩阵生成模板水印图像，所述模板水印图像具有周期性和方向性；

第三生成模块，用于依据所述模板水印图像生成标识模板水印图像，所述标识模板水印图像中的直线相互垂直；

旋转模块，用于利用所述角度编码对所述模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像；

嵌入模块，用于将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像；

检测模块，用于对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

可选的，所述角度编码获取模块，具体包括：

编码信息提取单元，用于提取所述QR码水印图像的数据编码信息，所述编码信息的长度为L；

组合单元，用于将所述数据编码信息按照每四位码为一组的形式进行组合，得到组合后的数据编码信息，所述组合后的数据编码信息的长度为所述组合后的数据编码信息由多个水印构成，每四位码表示一个所述水印；

转换单元，用于将所述组合后的数据编码信息转换成二维水印数组，所述二维水印数组的行数和列数分别为l₁和l₂，

划分单元，用于将[0-180°]平均分为多个角度范围；

角度范围确定单元，用于确定所述二维水印数组中每个水印对应的角度范围；

角度编码确定单元，用于将每个水印对应的角度范围的中心值确定为对应的水印的角度编码。

可选的，所述嵌入模块，具体包括：

第一计算单元，用于计算所述遥感图像的蓝色通道图像的最小可察觉误差，所述遥感图像的蓝色通道图像的长度为a，宽度为b；

第一分块单元，用于分别对所述遥感图像的蓝色通道和所述遥感图像的最小可察觉误差进行4×4分块，得到多个第一子像素矩阵块，多个所述第一子像素矩阵块之间互不重叠，每个所述第一子像素矩阵块的长度为宽度为

第二分块单元，用于对每个所述第一子像素矩阵块进行(l₁+1)×(l₂+1)分块，得到多个第二子像素矩阵块；

嵌入单元，用于将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述第二子像素矩阵块中，得到水印遥感图像，所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像的长度均为宽度均为

可选的，所述检测模块，具体包括：

预处理单元，用于当所述水印遥感图像受到屏摄攻击时，对所述水印遥感图像进行预处理，所述预处理包括去除摩尔纹、Harris角点检测和透视变换；

第二计算单元，用于计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差；

第三分块单元，用于分别对所述水印遥感图像和所述水印遥感图像的最小可察觉误差进行分块，得到多个第三子像素矩阵块；

寻找单元，用于寻找每个所述第二子像素矩阵块的标识模板水印块；

含水印区域确定单元，用于依据所述标识模板水印块确定含水印区域；

角度编码检测单元，用于检测所述含水印区域的直线的角度，确定所述直线的角度对应的角度编码；

水印信息获取单元，用于依据所述直线的角度对应的角度编码，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法及系统，所述方法包括：获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像；依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将水印信息生成QR码水印图像；获取QR码水印图像中每个水印对应的角度编码；随机生成一个伪随机二值矩阵；依据伪随机二值矩阵生成模板水印图像；依据模板水印图像生成标识模板水印图像；利用角度编码对模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像；将带角度信息的模板水印图像和标识模板水印图像均嵌入到遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像；对水印遥感图像进行水印信息检测，获取水印遥感图像中的水印信息。本发明将QR码技术和模板水印图像相结合，并引入标识水印图像，使得该用于遥感图像的数字水印方法能够有效抵抗完整屏摄攻击以及不完整屏摄攻击，对客观因素具有更好的抗干扰能力，鲁棒性强，不仅能够为遥感影像数据版权保护、内容认证和追根溯源提供强有力的技术支持，同时对于遥感影像数据安全、共享、使用等具有重要的经济价值和现实意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法的流程图；

图2为水印遥感图像；

图3为检测到的水印信息图像；

图4为本发明实施例一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法的流程图。

参见图1，实施例的用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，包括：

步骤S1：获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像。

步骤S2：依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将所述水印信息生成QR码水印图像。

步骤S3：获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码。

具体包括：

提取所述QR码水印图像的数据编码信息，所述编码信息的长度为L；

将所述数据编码信息按照每四位码为一组的形式进行组合，得到组合后的数据编码信息，所述组合后的数据编码信息的长度为所述组合后的数据编码信息由多个水印构成，每四位码表示一个所述水印；

将所述组合后的数据编码信息转换成二维水印数组，所述二维水印数组的行数和列数分别为l₁和l₂，

将[0-180°]平均分为多个角度范围；

确定所述二维水印数组中每个水印对应的角度范围；

将每个水印对应的角度范围的中心值确定为对应的水印的角度编码。

步骤S4：获取随机生成的伪随机二值矩阵。

步骤S5：依据所述伪随机二值矩阵生成模板水印图像，所述模板水印图像具有周期性和方向性。

具体的，将模板水印图像记为P，则P∈{0，1}。

步骤S6：依据所述模板水印图像生成标识模板水印图像，所述标识模板水印图像中的直线相互垂直。

步骤S7：利用所述角度编码对所述模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像。

步骤S8：将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像。

具体包括：

计算所述遥感图像的蓝色通道图像的最小可察觉误差，所述遥感图像的蓝色通道图像的长度为a，宽度为b；

分别对所述遥感图像的蓝色通道和所述遥感图像的最小可察觉误差进行4×4分块，得到多个第一子像素矩阵块，多个所述第一子像素矩阵块之间互不重叠，每个所述第一子像素矩阵块的长度为宽度为

对每个所述第一子像素矩阵块进行(l₁+1)×(l₂+1)分块，得到多个第二子像素矩阵块；

将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述第二子像素矩阵块中，得到水印遥感图像，所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像的长度均为宽度均为所述嵌入规则为：

VB’_i(x,y)＝VB_i(x,y)+δ₁×JND(x,y)×PW(x,y)+δ₂×(1-JND(x,y))×PW(x,y)

其中，VB_i(x,y)指第i个第二子像素矩阵块的蓝色通道图像的像素值，VB’i(x,y)指嵌入水印之后第i个第二子像素矩阵块的蓝色通道图像的像素值，δ₁和δ₂指水印强度，δ₁＝10×δ₂，PW表示待嵌入的模板水印图像，PW＝(P^θ，P₀)，其中P^θ表示带角度信息的模板水印图像，θ表示角度编码，P₀表示标识模板水印图像，JND表示最小可察觉误差。

步骤S9：将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像。

具体包括：

判断所述水印遥感图像是否受到屏摄攻击，若是，则对所述水印遥感图像进行预处理，所述预处理包括去除摩尔纹、Harris角点检测和透视变换，若否，则不对所述水印遥感图像进行处理；

计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差；

分别对所述水印遥感图像和所述水印遥感图像的最小可察觉误差进行分块，得到多个第三子像素矩阵块；

利用遍历的思想，寻找每个所述第二子像素矩阵块的标识模板水印块；

依据所述标识模板水印块确定含水印区域；

对含水印区域进行处理，包括：进行winner滤波，去除可能引入的噪声；计算自相关函数，产生较大的自相关峰值点；采用梯度算子锐化峰值点；增加形态学膨胀与腐蚀，使峰值点更加清晰可见。

通过Hough变换检测所述含水印区域的直线的角度，确定所述直线的角度对应的角度编码；

依据所述直线的角度对应的角度编码，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

下面为一个具体的实施例。

本具体的实例选择分辨率为2048×2048遥感影像作为实验数据，生成QR码的版本号为3，纠错等级规定为H，规格大小是58×58。针对水印的生成及角度编码、模板水印图像及标识模板水印的生成、水印的嵌入和检测等整个过程的描述如下：

(1)水印信息的生成及角度编码

将水印信息“数字水印版权保护追根溯源”生成版本号为3、纠错等级为H、规格大小为58×58的QR码，对此QR码进行预处理，去除QR码固定结构部分，提取QR码的数据编码和纠错编码部分，仅保留数据编码信息，共计196位。

将QR码数据编码信息以每四位一组的形式进行组合，水印长度为49，将一维水印信息转换成二维水印数组，其行列数为7×7。

将[0,180°]角度范围平均分成16组，即水印信息“0000”——[0,11°]，“0001”——[11°,23°]，“0010”——[23°,34°]等等以此类推；取角度范围的中心值作为其对应的角度编码，即水印信息“0000”——6°，“0001”——17°，“0010”——29°等等以此类推，表1为水印信息角度编码表，如表1所示。

表1水印信息角度编码表

(2)模板水印图像及标识模板水印图像的生成

随机生成一个伪随机二值矩阵，并在垂直方向和水平方向进行重复，使其生成具有周期性和方向性的模板水印图像。

设计标识模板水印图像，使其特征满足直线互相垂直，即斜率的乘积为-1。

(3)水印的嵌入过程

获得原始遥感影像的蓝色B通道，读取遥感影像数据尺寸大小为2048*2048，计算遥感影像的最小可察觉误差JND。

对遥感影像数据B通道和JND均进行4×4分块，将其划分为互不重叠的子像素矩阵块，每个矩阵块均嵌入完整的水印信息，此时子像素矩阵块的尺寸大小为512×512。

对每个子像素矩阵块进行8×8分块，此时模板水印图像和标识模板水印图像的尺寸大小均为64×64。

根据角度编码旋转模板水印图像生成有角度信息的模板水印图像，并引入标识模板水印图像，此时水印信息由原来的7×7转换成为8×8，在旋转时图像的插值方式选用双线性内插法。

将模板水印图像与标识模板水印图像共同嵌入至遥感影像中，得到含水印遥感影像，嵌入规则如下：

VB’_i(x,y)＝VB_i(x,y)+δ₁×JND(x,y)×PW(x,y)+δ₂×(1-JND(x,y))×PW(x,y)

其中，δ₁取值为120，δ₂取值为12。

(4)水印的检测过程

判断含水印遥感影像是否遭受屏摄攻击，如若没有直接跳至下个步骤，如若有，对遭受屏摄攻击的遥感影像进行预处理，预处理主要包括去除摩尔纹、Harris角点检测、透视变换等。

获得含水印遥感影像的蓝色B通道并计算其JND值，然后采用与嵌入同样分块方式对含水印遥感影像进行分块。

利用遍历的思想，寻找标识模板水印块，使得该块所在的行列处均检测到斜率乘积为-1的直线，以此定位到含水印区域，进行水印信息的检测。

进行winner滤波，去除可能引入的噪声；计算自相关函数，产生较大的自相关峰值点；采用梯度算子锐化峰值点；增加形态学膨胀与腐蚀，使峰值点更加清晰可见。

通过Hough变换检测直线角度，根据检测角度所在的角度区间，得到对应的水印信息，图2为水印遥感图像，图3为检测到的水印信息图像。

下面对上述实施例提供的用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法进行测试与分析。

(1)裁剪攻击测试

影像数据往往在传输途中，被授权用户会根据自身需求将其进行裁剪，而经过裁剪之后，遥感影像和水印信息的同步关系遭到破坏，而标识模板水印图像的引入有效的解决了水印同步性的问题，本实施例的方法对含水印遥感影像数据进行任意位置裁剪，仍能准确地提取出水印信息。测试结果如表2所示。

表2裁剪攻击测试结果

(2)缩放攻击测试

缩放是几何攻击中较难的一种，缩放过程存在重采样，使得水印信息遭到破坏无法检测。为验证本方法的强鲁棒性，对含水印遥感影像进行不同程度的放大和缩小攻击，实验结果证明本方法可以抵抗缩放引起的几何失真。测试结果如表3所示。

表3缩放攻击测试结果

(3)复杂攻击测试

在实际应用中，遥感影像数据可能会遭遇截屏、打印扫描、完整屏摄乃至不完整屏摄等形式的数据泄密、恶意盗取和非法传播，因此，保护遥感影像数据安全，要求水印方法具有抵抗上述复杂攻击的能力。为验证本方法的实用性，对含水印遥感影像进行上述复杂攻击。测试结果如表4所示。

表4复杂攻击测试结果

本实施例中的用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，具有以下优点：

(1)水印的嵌入采用模板水印的思想，通过水印信息进行编码，将二值水印信息转换成为角度信息，以一个块的特征代替一个水印信息位，使得水印方法具备较强的抗攻击能力。

(2)在水印的检测过程中，取代传统的检测单个水印信息位的方法，改进为检测模板水印图像，只需匹配到相应模板水印特征再结合角度区间范围即可得到对应的角度信息，最终得到相应的水印信息，该方法在满足良好的不可感知性原则前提下，对客观因素具备更好的抗干扰能力，能够有效抵抗屏摄攻击。

(3)标识模板水印图像的嵌入，有助于水印信息检测时快速定位到含水印区域，使得本方法不仅可以抵抗完整的屏摄攻击，而且可以抵抗不完整屏摄攻击即只拍摄到部分遥感影像时仍可以检测出水印信息，水印方法具有较强的鲁棒性。

本发明还提供了一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，图4为本发明实施例一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统的结构示意图，参见图4，实施例的用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统40包括：

获取模块401，用于获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像。

第一生成模块402，用于依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将所述水印信息生成QR码水印图像。

角度编码获取模块403，用于获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码。

所述角度编码获取模块403，具体包括：

编码信息提取单元，用于提取所述QR码水印图像的数据编码信息，所述编码信息的长度为L；

组合单元，用于将所述数据编码信息按照每四位码为一组的形式进行组合，得到组合后的数据编码信息，所述组合后的数据编码信息的长度为所述组合后的数据编码信息由多个水印构成，每四位码表示一个所述水印；

转换单元，用于将所述组合后的数据编码信息转换成二维水印数组，所述二维水印数组的行数和列数分别为l₁和l₂，

划分单元，用于将[0-180°]平均分为多个角度范围；

角度范围确定单元，用于确定所述二维水印数组中每个水印对应的角度范围；

角度编码确定单元，用于将每个水印对应的角度范围的中心值确定为对应的水印的角度编码。

二值矩阵获取模块404，用于获取随机生成的伪随机二值矩阵。

第二生成模块405，用于依据所述伪随机二值矩阵生成模板水印图像，所述模板水印图像具有周期性和方向性。

第三生成模块406，用于依据所述模板水印图像生成标识模板水印图像，所述标识模板水印图像中的直线相互垂直。

旋转模块407，用于利用所述角度编码对所述模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像。

嵌入模块408，用于将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像。

所述嵌入模块408，具体包括：

第一计算单元，用于计算所述遥感图像的蓝色通道图像的最小可察觉误差，所述遥感图像的蓝色通道图像的长度为a，宽度为b；

第一分块单元，用于分别对所述遥感图像的蓝色通道和所述遥感图像的最小可察觉误差进行4×4分块，得到多个第一子像素矩阵块，多个所述第一子像素矩阵块之间互不重叠，每个所述第一子像素矩阵块的长度为宽度为

第二分块单元，用于对每个所述第一子像素矩阵块进行(l₁+1)×(l₂+1)分块，得到多个第二子像素矩阵块；

嵌入单元，用于将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述第二子像素矩阵块中，得到水印遥感图像，所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像的长度均为宽度均为

检测模块409，用于对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

所述检测模块409，具体包括：

预处理单元，用于当所述水印遥感图像受到屏摄攻击时，对所述水印遥感图像进行预处理，所述预处理包括去除摩尔纹、Harris角点检测和透视变换；

第二计算单元，用于计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差；

第三分块单元，用于分别对所述水印遥感图像和所述水印遥感图像的最小可察觉误差进行分块，得到多个第三子像素矩阵块；

寻找单元，用于寻找每个所述第二子像素矩阵块的标识模板水印块；

含水印区域确定单元，用于依据所述标识模板水印块确定含水印区域；

角度编码检测单元，用于检测所述含水印区域的直线的角度，确定所述直线的角度对应的角度编码；

水印信息获取单元，用于依据所述直线的角度对应的角度编码，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

本实施例中的用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，将QR码技术和模板水印图像相结合，并引入标识水印图像，使得该用于遥感图像的数字水印方法能够有效抵抗完整屏摄攻击以及不完整屏摄攻击，对客观因素具有更好的抗干扰能力，鲁棒性强，不仅能够为遥感影像数据版权保护、内容认证和追根溯源提供强有力的技术支持，同时对于遥感影像数据安全、共享、使用等具有重要的经济价值和现实意义。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，其特征在于，包括：

获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像；

依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将所述水印信息生成QR码水印图像；

获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码；

获取随机生成的伪随机二值矩阵；

依据所述伪随机二值矩阵生成模板水印图像，所述模板水印图像具有周期性和方向性；

依据所述模板水印图像生成标识模板水印图像，所述标识模板水印图像中的直线相互垂直；

利用所述角度编码对所述模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像；

将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像；

对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，其特征在于，所述获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码，具体包括：

提取所述QR码水印图像的数据编码信息，所述编码信息的长度为L；

将所述数据编码信息按照每四位码为一组的形式进行组合，得到组合后的数据编码信息，所述组合后的数据编码信息的长度为所述组合后的数据编码信息由多个水印构成，每四位码表示一个所述水印；

将所述组合后的数据编码信息转换成二维水印数组，所述二维水印数组的行数和列数分别为l₁和l₂，

将[0-180°]平均分为多个角度范围；

确定所述二维水印数组中每个水印对应的角度范围；

将每个水印对应的角度范围的中心值确定为对应的水印的角度编码。

3.根据权利要求2所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，其特征在于，所述将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像，具体包括：

计算所述遥感图像的蓝色通道图像的最小可察觉误差，所述遥感图像的蓝色通道图像的长度为a，宽度为b；

分别对所述遥感图像的蓝色通道和所述遥感图像的最小可察觉误差进行4×4分块，得到多个第一子像素矩阵块，多个所述第一子像素矩阵块之间互不重叠，每个所述第一子像素矩阵块的长度为宽度为

对每个所述第一子像素矩阵块进行(l₁+1)×(l₂+1)分块，得到多个第二子像素矩阵块；

将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述第二子像素矩阵块中，得到水印遥感图像，所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像的长度均为宽度均为

4.根据权利要求3所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，其特征在于，所述嵌入规则为：

VB’_i(x,y)＝VB_i(x,y)+δ₁×JND(x,y)×PW(x,y)+δ₂×(1-JND(x,y))×PW(x,y)

其中，VB_i(x,y)指第i个第二子像素矩阵块的蓝色通道图像的像素值，VB’_i(x,y)指嵌入水印之后第i个第二子像素矩阵块的蓝色通道图像的像素值，δ₁和δ₂指水印强度，δ₁＝10×δ₂，PW表示待嵌入的模板水印图像，PW＝(P^θ，P₀)，其中P^θ表示带角度信息的模板水印图像，θ表示角度编码，P₀表示标识模板水印图像，JND表示最小可察觉误差。

5.根据权利要求4所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，其特征在于，所述对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息，具体包括：

计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差；

分别对所述水印遥感图像和所述水印遥感图像的最小可察觉误差进行分块，得到多个第三子像素矩阵块；

寻找每个所述第二子像素矩阵块的标识模板水印块；

依据所述标识模板水印块确定含水印区域；

检测所述含水印区域的直线的角度，确定所述直线的角度对应的角度编码；

依据所述直线的角度对应的角度编码，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

6.根据权利要求5所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印方法，其特征在于，在所述计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差之前，还包括：

当所述水印遥感图像受到屏摄攻击时，对所述水印遥感图像进行预处理，所述预处理包括去除摩尔纹、Harris角点检测和透视变换。

7.一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取水印信息和遥感图像的蓝色通道图像；

第一生成模块，用于依据预设QR码的版本号和预设QR码的纠错等级，将所述水印信息生成QR码水印图像；

角度编码获取模块，用于获取所述QR码水印图像中每个水印对应的角度编码；

二值矩阵获取模块，用于获取随机生成的伪随机二值矩阵；

第二生成模块，用于依据所述伪随机二值矩阵生成模板水印图像，所述模板水印图像具有周期性和方向性；

第三生成模块，用于依据所述模板水印图像生成标识模板水印图像，所述标识模板水印图像中的直线相互垂直；

旋转模块，用于利用所述角度编码对所述模板水印图像进行旋转，得到带角度信息的模板水印图像；

嵌入模块，用于将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述遥感图像的蓝色通道图像中，得到水印遥感图像；

检测模块，用于对所述水印遥感图像进行水印信息检测，获取所述水印遥感图像中的水印信息。

8.根据权利要求7所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，其特征在于，所述角度编码获取模块，具体包括：

编码信息提取单元，用于提取所述QR码水印图像的数据编码信息，所述编码信息的长度为L；

组合单元，用于将所述数据编码信息按照每四位码为一组的形式进行组合，得到组合后的数据编码信息，所述组合后的数据编码信息的长度为所述组合后的数据编码信息由多个水印构成，每四位码表示一个所述水印；

转换单元，用于将所述组合后的数据编码信息转换成二维水印数组，所述二维水印数组的行数和列数分别为l₁和l₂，

划分单元，用于将[0-180°]平均分为多个角度范围；

角度范围确定单元，用于确定所述二维水印数组中每个水印对应的角度范围；

角度编码确定单元，用于将每个水印对应的角度范围的中心值确定为对应的水印的角度编码。

9.根据权利要求8所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，其特征在于，所述嵌入模块，具体包括：

第一计算单元，用于计算所述遥感图像的蓝色通道图像的最小可察觉误差，所述遥感图像的蓝色通道图像的长度为a，宽度为b；

第一分块单元，用于分别对所述遥感图像的蓝色通道和所述遥感图像的最小可察觉误差进行4×4分块，得到多个第一子像素矩阵块，多个所述第一子像素矩阵块之间互不重叠，每个所述第一子像素矩阵块的长度为宽度为

第二分块单元，用于对每个所述第一子像素矩阵块进行(l₁+1)×(l₂+1)分块，得到多个第二子像素矩阵块；

嵌入单元，用于将所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像均嵌入到所述第二子像素矩阵块中，得到水印遥感图像，所述带角度信息的模板水印图像和所述标识模板水印图像的长度均为宽度均为

10.根据权利要求9所述的一种用于遥感图像抗屏摄攻击的数字水印系统，其特征在于，所述检测模块，具体包括：

预处理单元，用于当所述水印遥感图像受到屏摄攻击时，对所述水印遥感图像进行预处理，所述预处理包括去除摩尔纹、Harris角点检测和透视变换；

第二计算单元，用于计算所述水印遥感图像的最小可察觉误差；

第三分块单元，用于分别对所述水印遥感图像和所述水印遥感图像的最小可察觉误差进行分块，得到多个第三子像素矩阵块；

寻找单元，用于寻找每个所述第二子像素矩阵块的标识模板水印块；

含水印区域确定单元，用于依据所述标识模板水印块确定含水印区域；

角度编码检测单元，用于检测所述含水印区域的直线的角度，确定所述直线的角度对应的角度编码；

水印信息获取单元，用于依据所述直线的角度对应的角度编码，获取所述水印遥感图像中的水印信息。