CN109064377B - 立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法 - Google Patents

立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法 Download PDF

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CN109064377B CN201810820719.8A CN201810820719A CN109064377B CN 109064377 B CN109064377 B CN 109064377B CN 201810820719 A CN201810820719 A CN 201810820719A CN 109064377 B CN109064377 B CN 109064377B
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Abstract

本发明提供一种立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法，包括：获取立体图像的左视图和右视图，进行小波变换得到各自LL、LH、HL和HH子带；构建子带小波域双目恰可察觉失真模型；获取左视图LH子带和右视图HL子带各像素点的双目恰可察觉失真噪声阈值；按照降序对噪声阈值排序，取设定数量噪声阈值对应的小波系数为水印嵌入位置；根据各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。所述系统和方法利用了双目抑制特性使立体图像中水印具有良好不可见性。

Description

立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法
技术领域
本发明涉及图像分析技术领域，更为具体地，涉及一种立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法。
背景技术
数字水印技术作为信息隐藏技术的一个分支，在为数字产品版权保护提供有效技术手段方面具有天然优势。利用数字水印技术将特定的版权信息隐藏到原始数字视频内容(例如电视节目)中，在保证其不可见的前提下(即，满足低感知性，不影响原作品的感知度)，使原作品高清、高保真，经过常规的电视节目发布和信号传输，仍可提供正常的节目观看。仅在必要时，被提取出来以提供相应的版权证明。在诸如电视节目的数字视频内容的发布和传输过程中，数字视频内容连同其中隐藏的数字水印被处理(例如，压缩、加噪等)或会受到盗版者的非法攻击，使得水印受到一定程度的破坏。因此需要设计出具有低感知度同时具有强鲁棒性的数字水印。一般地，在经历常规处理或操作后，图像的内容特征依然能保存下来。即便是恶意的攻击，通常也不会以破坏图像内容特征为代价。因此，在满足载体图像可用性的条件下，图像的内容特征区域具有良好的攻击不变性，将水印嵌入图像内容特征区域，使得水印具有较强的鲁棒性。但是在图像特征区域嵌入水印会不同程度地影响到载体内容的视觉感知品质。因此，有必要利用人眼视觉掩蔽特性进行有效的不可见水印嵌入。
在现有技术中，基于单目视觉掩蔽特性建立的二维图像的恰可察觉失真JND(JustNoticeable Difference)或基于双目视觉掩蔽特性的空域双目恰可察觉失真模型BJND(Binocular Just Noticeable Difference)进行数字水印嵌入。
空域双目恰可察觉失真BJND采用空域的亮度和纹理分析，获得空域像素值的恰可察觉失真噪声阈值，应用范围有限。
另外，在小波变换(DWT)领域，存在面向二维图像(单视图)的恰可察觉失真JND，不存在面向立体图像的双目恰可察觉失真模型BJND。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种有利于立体图像中水印的小波域双目抑制从而表现很好的不可见性的立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法。
根据本发明的一个方面，提供一种立体图像水印嵌入方法，包括：
获取立体图像的左视图和右视图；
分别对左视图和右视图进行小波变换，得到左视图和右视图各自的LL、LH、HL和HH四个子带；
根据下式(1)构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型，
Figure BDA0001741334860000021
其中，o表示一个视图，所述一个视图为左视图或者右视图，a表示另一个视图，S为子带索引，取LL、HL、LH或HH，LLo(i,j)表示所述一个视图LL子带的位置为(i,j）的子带系数，Alimito,S[LLo(i,j)]表示一个视图子带S上位置为(i,j)的小波系数的噪声阈值，Aa,S(i,j)表示另一个视图的子带S上位置为(i,j)的像素点的噪声能量；BJNDo,S[LLo(i,j),Aa,S(i,j)]表示一个视图子带S的位置为(i,j)的小波系数的双目恰可失真噪声阈值，λ为曲线指数；
将左视图作为所述一个视图，将右视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到左视图LH子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
将右视图作为所述一个视图，将左视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到右视图HL子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
按照降序对左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图的水印嵌入位置；
按照降序对右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图的水印嵌入位置；
根据左视图LH子带的各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
根据右视图HL子带的各水印嵌入位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。
根据本发明的另一个方面，提供一种立体图像水印提取方法，包括：
获取待测立体图像的左视图和右视图；
分别对上述的左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和LL子带的子带系数以及右视图HL子带和LL子带的子带系数；
通过左视图LL子带的子带系数根据公式(1)获得左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值；
通过右视图LL子带的子带系数根据公式(1)获得右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值；
按照降序对左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图的水印提取位置；
按照降序对右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图的水印提取位置；
根据左视图LH子带的各水印提取位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
根据右视图HL子带的各水印提取位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
根据下式(6)对各水印提取位置的各水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000031
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为待测立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为待测立体图像的一个视图的水印提取强度，coefo(m,n)表示一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
根据本发明的第三个方面，提供一种立体图像水印提取方法，包括：
获取待测立体图像的左视图和右视图；
分别对上述的左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和右视图HL子带的子带系数；
以未嵌水印的原始立体图像的各嵌入位置的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数根据下式(6)取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000032
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
根据本发明的第四个方面，提供一种立体图像水印嵌入系统，包括：
第一视图获取模块，获取立体图像的左视图和右视图；
第一变换模块，分别对左视图和右视图进行小波变换，得到左视图和右视图各自的LL、LH、HL和HH四个子带；
小波域BJND模型构建模块，根据下式(1)构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型，
Figure BDA0001741334860000041
其中，o表示一个视图，所述一个视图为左视图或者右视图，a表示另一个视图，S为子带索引，可取LL，HL，LH，HH，LLo(i,j)表示所述一个视图位置为(i,j)的像素点的亮度均值，Alimito,S[LLR(i,j)]表示一个视图子带S上位置为(i,j)的小波系数的噪声阈值，Aa,S(i,j)表示另一个视图的子带S上位置为(i,j)的像素点的噪声能量；BJNDo,S[LLo(i,j),Aa,S(i,j)]表示一个视图子带S的位置为(i,j)的小波系数的双目恰可失真噪声阈值，λ为曲线指数；
左视图双目恰可失真噪声阈值获得模块，将左视图作为所述一个视图，将右视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到左视图LH子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
右视图双目恰可失真噪声阈值获得模块，将右视图作为所述一个视图，将左视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到右视图HL子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
排序模块，按照降序对左视图LH子带和右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序；
左视图水印嵌入位置获得模块，按照排序从大到小依次取设定数量的左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图水印嵌入位置；
右视图水印嵌入位置获得模块，按照排序从大到小依次取设定数量的右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图水印嵌入位置；
左视图水印嵌入强度获得模块，根据左视图LH子带的各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
右视图水印嵌入强度获得模块，根据右视图HL子带的各水印嵌入位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
水印嵌入模块，根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。
根据本发明的第五方面，提供一种立体图像水印提取系统，包括：
第二视图获取模块，获取待测立体图像的左视图和右视图；
第二变换模块，分别对上述左视图和右视图进项小波变换，得到左视图LH子带和LL子带的子带系数以及右视图HL子带和LL子带的子带系数；
水印提取位置和水印提取强度解调模块，通过左视图和右视图的LL子带的子带系数根据公式(1)分别获得左视图LH子带和右视图的HL子带的双目恰可失真噪声阈值；按照降序分别对左视图LH子带和右视图的HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，按照排序从大到小分别依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图和右视图的水印提取位置；分别根据左视图LH子带和右视图的HL子带的各水印提取位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
提取模块，根据下式(6)对各水印提取位置的各水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000051
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为待测立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为待测立体图像的一个视图的水印提取强度，coefo(m,n)表示一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
反置乱模块，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
根据本发明的第六方面，提供一种立体图像水印提取系统，包括：
第二视图获取模块，获取待测立体图像的左视图和右视图；
第二视图变换模块，分别对上述左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和右视图HL子带的子带系数；
水印提取位置和水印提取强度解调模块，将未嵌水印的原始立体图像的左视图和右视图的水印嵌入位置及其对应的水印嵌入强度作为解调的水印提取位置和水印提取强度；
提取模块，以未嵌水印的原始立体图像的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数根据下式(6)以水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000052
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
反置乱模块，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
本发明立体图像水印嵌入系统及水印嵌入方法，构建了面向立体图像的DWT域的双目恰可察觉失真阈值模型，十分方便的用于计算和分析DWT域不同子带中双目抑制下的亮度掩蔽阈值，也可以根据一个视图(左视图或右视图)的噪声功率和另一个视图的亮度均值快速准确的确定水印嵌入强度。
另外，在水印嵌入过程中，左右视图分别选择HL和LH子带(对应不同方向)，有利于立体图像中水印的双目抑制从而表现很好的不可见性，也有利于水印的抗压缩。
再者，上述立体图像水印提取系统及提取方法通过子带系数可以得到各嵌入位置的小波系数，进而得到噪声阈值，有利于水印的快速、准确提取。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1是本发明所述立体图像水印嵌入方法的流程图；
图2是本发明所述立体图像水印嵌入方法的一个优选实施例的流程图；
图3a和图3b是本发明所述水印生成的示意图；
图4是本发明所述立体图像水印提取方法一个实施例的流程图；
图5是本发明所述立体图像水印提取方法另一个实施例的流程图；
图6是本发明所述立体图像水印嵌入系统的构成框图；
图7是本发明所述立体图像水印提取系统的构成框图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1是本发明所述立体图像水印嵌入方法的流程图，如图1所示，所述立体图像水印嵌入方法包括：
步骤S1，获取立体图像的左视图和右视图，在立体图像分为左视图和右视图存储的情况下，可以直接获取立体图像的左视图和右视图，在左视图和右视图合成立体图像存储的情况下，需要将立体图像分解为左视图和右视图；
步骤S2，分别对左视图和右视图进行小波变换，得到左视图和右视图各自的LL、LH、HL和HH四个子带；
步骤S3，根据下式(1)构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型，
Figure BDA0001741334860000071
其中，o表示一个视图，所述一个视图为左视图或者右视图，a表示另一个视图，S为子带索引，取LL、HL、LH或HH，LLo(i,j)表示所述一个视图LL子带的位置为(i,j)的子带系数，Alimito,S[LLo(i,j)]表示一个视图子带S上位置为(i,j)的小波系数的噪声阈值，Aa,S(i,j)表示另一个视图的子带S上位置为(i,j)的像素点的噪声能量；BJNDo,S[LLo(i,j),Aa,S(i,j)]表示一个视图子带S的位置为(i,j)的小波系数的双目恰可失真噪声阈值，λ为曲线指数；
步骤S4，将左视图作为上述的一个视图，将右视图作为上述的另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到左视图LH子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；将右视图作为上述的一个视图，将左视图作为上述的另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到右视图HL子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
步骤S5，按照降序对左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图的水印嵌入位置；按照降序对右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图的水印嵌入位置；
步骤S6，根据左视图LH子带的各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；根据右视图HL子带的各水印嵌入位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
步骤S7，根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。
在本发明的一个实施例中，立体图像水印嵌入方法还包括：
水印生成步骤，根据版权图像生成水印，包括：
对版权图像进行二值化处理；
对二值化后的版权图像进行混沌置乱处理；
将混沌治乱处理后的版权图像的二维矩阵转化为一维矩阵，从而得到水印序列。
在本发明的一个实施例中，步骤S7包括：水印嵌入强度调制步骤，通过线性调制，分别根据左视图LH子带和右视图HL子带的最大双目恰可失真噪声阈值根据下式(2)控制水印嵌入强度，根据下式(3)修改嵌入位置的小波系数值，
Xo(m,n)＝αBJNDo,s[LLo(m,n),Aa,S(m,n)] (2)
Figure BDA0001741334860000081
其中，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示一个视图位置为(m,n)的子带系数，coef′o(m,n)表示修改后一个视图的位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数，mod(coefo(m,n),Xo(m,n))表示模运算，ω表示水印比特位。
在本发明的一个实施例中，步骤S3包括：
在左视图各子带不加噪声时，对右视图HL子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到右视图HL子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；
通过曲线拟合方法拟合右视图的HL子带的噪声阈值随背景亮度变化的拟合曲线；
在右视图各子带不加噪声时，分别对左视图HL子带和LH子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到左视图HL子带和LH子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；
通过曲线拟合方法拟合左视图的HL子带的噪声阈值随背景亮度变化的拟合曲线，作为基础曲线；
在设定范围内以设定步长递增或递减得到距离基础曲线不同截距的多条模拟曲线；
计算左视图LH子带测试值与上述模拟曲线的均方根误差；
将最小均方根误差对应的模拟曲线作为左视图LH子带的最佳拟合曲线；
根据公式(1)构建右视图HL和左视图LH子带的小波域双目恰可察觉失真模型，其中，AlimitR,HL[LLR(i,j)]通过右视图HL子带的拟合曲线获得，R为右视图索引，AlimitL,LH[LLL(i,j)]通过左视图LH子带的最佳拟合曲线获得，L为左视图索引。
在本发明的另一个实施例中，在所述步骤S3中，所述左视图LH子带各像素点的小波系数的噪声阈值根据下式(4)确定
Figure BDA0001741334860000082
其中，L为左视图索引；
所述右视图HL子带各像素点的小波系数的噪声阈值根据下式(5)确定，
Figure BDA0001741334860000091
其中，R为右视图索引。
优选地，公式(1)中曲线指数λ的最佳值为2.25。
在上述立体图像水印嵌入方法中，直接将小波变换后的左视图和右视图的子带代入构建好的小波域双目恰可察觉失真模型，即可得到各视图各像素点的小波域双目恰可察觉失真噪声阈值，提高了水印嵌入的速度。
在本发明的一个优选实施例中，如图2所述，所述立体图像水印嵌入方法包括：
1)水印生成步骤，如图3a和3b所示，将一个有含义的图像转换为一个无意义或者无序的图像，从而增强该图像抵抗攻击的能力和安全性，也就是说，首先对输入的版权图像(如图3a所示)进行二值化处理，然后对其进行混沌置乱处理，具体地：设二值水印图像为P(i,j)，坐标(i,j)表示像素点位置，置乱后的水印记为PZ(i,j)，混沌密钥记为h(i,j)，则置乱算法如下：PZ(i,j)＝P(i,j)⊕h(i,j)，符号“⊕”表示异或运算，生成的水印如图3b所示；再将混沌置乱后的二维矩阵转化为一维序列，从而得到水印序列；
2)获取原始立体图像的左视图和右视图；
3)右视图进行一级小波变换。选择子带S＝HL，coef(i,j)表示位置(i,j)处的子带系数；
4)根据小波域BJND模型，计算得到右视图被选子带HL的BJNDR,S(i,j)值(当AL,S(i,j)＝0)；
5)由大到小排序后选取子带S中的BJND(i,j)最大的对应Q个系数作为嵌入位置；
6)通过线性调制，由BJND(i,j)来控制水印嵌入强度，调制公式如下所示：
X(i,j)＝αBJND(i,j)
其中，α值可根据实际情况改变，一般来说，α值越小，水印嵌入的强度就越小，即可提高水印的不可见性；
7)按下式修改嵌入位置的小波系数值，
Figure BDA0001741334860000092
/>
8)小波逆变换后得到含水印的右视图；
9)左视图进行一级小波变换。选择子带S＝LH；
10)根据小波域BJND模型，计算得到左视图被选子带S的BJNDL,S(i,j)值(当AR,S(i,j)＝0)；
11)重复步骤5)–8)，得到含水印的左视图；
12)将含有水印的右视图和左视图合成得到含水印的立体图像。
图4是本发明所述立体图像水印提取方法的一个实施例的流程图，如图4所示，所述立体图像水印提取方法：
步骤S10，获取待测立体图像的左视图和右视图；
步骤S20，分别对上述的左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和LL子带的子带系数以及右视图HL子带和LL子带的子带系数；
步骤S30，通过左视图LL子带的子带系数根据公式(1)获得左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值；通过右视图LL子带的子带系数根据公式(1)获得右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值；按照降序对左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图的水印提取位置；按照降序对右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图的水印提取位置；根据左视图LH子带的各水印提取位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；根据右视图HL子带的各水印提取位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
步骤S40，根据下式(6)对各水印提取位置的各水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000101
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)为待测立体图像的一个视图的水印提取强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数；
步骤S50，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
上述立体图像水印提取方法中，当印有水印的立体图像的水印嵌入位置改变时，例如进行了压缩处理的立体图像，并不能对所有嵌入的水印完全提取，因此，优选地，在本发明的另一个实施例中，如图5所示，提供一种立体图像水印提取方法，包括：
步骤S10＇，获取待测立体图像的左视图和右视图；
步骤S20＇，分别对上述的左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和右视图HL子带的子带系数；
步骤S30＇，以未嵌水印的原始立体图像的各嵌入位置的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数根据下式(6)取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000111
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数；
步骤S40＇，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
上述水印提取方法以未嵌水印的原始立体图像的各嵌入位置的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数提取水印，不仅能够准确提取各嵌入位置的水印，还可以根据提取水印的结果判断待测立体图像是否盗版了原始立体图像嵌入水印后的印有水印的图像。
图6是本发明所述立体图像水印嵌入系统的构成框图，如图6所示，所述立体图像水印嵌入系统包括：
第一视图获取模块1，获取立体图像的左视图和右视图；
第一变换模块2，分别对左视图和右视图进行小波变换，得到左视图和右视图各自的LL、LH、HL和HH四个子带；
小波域BJND模型构建模块3，根据下式(1)构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型，
Figure BDA0001741334860000112
其中，o表示一个视图，所述一个视图为左视图或者右视图，a表示另一个视图，S为子带索引，可取LL，HL，LH，HH，LLo(i,j)表示所述一个视图位置为(i,j)的像素点的亮度均值，Alimito,S[LLR(i,j)]表示一个视图子带S上位置为(i,j)的小波系数的噪声阈值，Aa,S(i,j)表示另一个视图的子带S上位置为(i,j)的像素点的噪声能量；BJNDo,S[LLo(i,j),Aa,S(i,j)]表示一个视图子带S的位置为(i,j)的小波系数的双目恰可失真噪声阈值，λ为曲线指数；
左视图双目恰可失真噪声阈值获得模块4，将左视图作为上述的一个视图，将右视图作为上述的另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到左视图LH子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
右视图双目恰可失真噪声阈值获得模块5，将右视图作为上述的一个视图，将左视图作为上述的另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到右视图HL子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
排序模块6，按照降序对左视图LH子带和右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序；
左视图水印嵌入位置获得模块7，按照排序取设定数量的左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图水印嵌入位置；
右视图水印嵌入位置获得模块8，按照排序取设定数量的右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图水印嵌入位置；
左视图水印嵌入强度获得模块9，根据左视图LH子带的各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
右视图水印嵌入强度获得模块10，根据右视图HL子带的各水印嵌入位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
水印嵌入模块11，根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。
在本发明的一个实施例中，立体图像水印嵌入系统还包括：
嵌入强度调制模块，通过线性调制，分别根据左视图LH子带和右视图HL子带的最大双目恰可失真噪声阈值根据公式(2)控制水印嵌入强度，根据公式(3)修改嵌入位置的小波系数值。
在本发明的一个实施例中，立体图像水印嵌入系统还包括：
水印生成模块，根据版权图像生成水印，包括：
二值化处理单元，对版权图像进行二值化处理；
置乱处理单元，对二值化后的版权图像进行混沌置乱处理；
矩阵转化单元，将混沌治乱处理后的版权图像的二维矩阵转化为一维矩阵，从而得到水印序列。
在本发明的一个实施例中，小波域BJND模型构建模块4包括：
噪声融合单元，在左视图各子带不加噪声时，对右视图HL子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到右视图HL子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；在右视图各子带不加噪声时，分别对左视图HL子带和LH子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到左视图HL子带和LH子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；
曲线拟合单元，分别拟合左视图和右视图的HL子带的噪声阈值随背景亮度变化的拟合曲线；
均方根误差计算单元，计算左视图LH子带子带测试值与曲线模拟单元模拟的上述模拟曲线的均方根误差
模拟单元，将左视图的HL子带的拟合曲线作为基础曲线，在设定范围内以设定步长递增或递减得到距离基础曲线不同截距的多条模拟曲线；
最佳拟合曲线获得单元，将最小均方根误差对应的模拟曲线作为左视图LH子带的最佳拟合曲线；
模型构建单元，根据所述公式(1)构建右视图HL和左视图LH子带的小波域双目恰可察觉失真模型，其中，AlimitR,HL[LLR(i,j)]通过右视图HL子带的拟合曲线获得，R为右视图索引，AlimitL,LH[LLL(i,j)]通过左视图LH子带的最佳拟合曲线获得，L为左视图索引。
图7是本发明所述立体图像水印提取系统的一个实施例的构成框图，如图7所示，所述立体图像水印提取系统包括：
第二视图获取模块1＇，获取待测立体图像的左视图和右视图；
第二变换模块2＇，分别对上述左视图和右视图进项小波变换，得到左视图LH子带和LL子带的子带系数以及右视图HL子带和LL子带的子带系数；
水印提取位置和提取强度解调模块3＇，通过左视图和右视图的LL子带的子带系数根据公式(1)分别获得左视图LH子带和右视图的HL子带的双目恰可失真噪声阈值；按照降序分别对左视图LH子带和右视图的HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，分别取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图和右视图的水印提取位置；分别根据左视图LH子带和右视图的HL子带的各水印提取位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
提取模块4＇，根据公式(6)以水印强度取模，根据公式(7)判决后得到提取水印；
反置乱模块5＇，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
为了方式带提取水印立体图像经过几何变换(如旋转、裁剪)或信号处理(如压缩、滤波)等改变嵌入位置和强度的操作导致无法准确提取水印，采用未嵌水印的原始立体图像的左视图和右视图的水印嵌入位置及其对应的水印嵌入强度提取水印，具体地：
第二视图获取模块1＇，获取待测立体图像的左视图和右视图；
第二变换模块2＇，分别对上述左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和右视图HL子带的子带系数；
水印提取位置和提取强度解调模块3＇，将未嵌水印的原始立体图像的左视图和右视图的水印嵌入位置及其对应的水印嵌入强度作为解调的水印提取位置和水印提取强度；
提取模块4＇，以未嵌水印的原始立体图像的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数根据下式(6)以水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n)) (6)
Figure BDA0001741334860000131
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数。
综上所述，参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的所述立体图像水印嵌入系统、提取系统及嵌入方法、提取方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的系统及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种立体图像水印嵌入方法，其特征在于，包括：
获取立体图像的左视图和右视图；
分别对左视图和右视图进行小波变换，得到左视图和右视图各自的LL、LH、HL和HH四个子带；
根据下式(1)构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型，
Figure FDA0004008443020000011
其中，o表示一个视图，所述一个视图为左视图或者右视图，a表示另一个视图，S为子带索引，取LL、HL、LH或HH，LLo(i,j)表示所述一个视图LL子带的位置为(i,j)的子带系数，Alimito,S[LLo(i,j)]表示一个视图子带S上位置为(i,j)的小波系数的噪声阈值，Aa,S(i,j)表示另一个视图的子带S上位置为(i,j)的像素点的噪声能量；BJNDo,S[LLo(i,j),Aa,S(i,j)]表示一个视图子带S的位置为(i,j)的小波系数的双目恰可失真噪声阈值，λ为曲线指数；
将左视图作为所述一个视图，将右视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到左视图LH子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
将右视图作为所述一个视图，将左视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到右视图HL子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
按照降序对左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图的水印嵌入位置；
按照降序对右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图的水印嵌入位置；
根据左视图LH子带的各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
根据右视图HL子带的各水印嵌入位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。
2.根据权利要求1所述的立体图像水印嵌入方法，其特征在于，所述构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型的方法包括：
在左视图各子带不加噪声时，对右视图HL子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到右视图HL子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；
通过曲线拟合方法拟合右视图的HL子带的噪声阈值随背景亮度变化的拟合曲线；
在右视图各子带不加噪声时，分别对左视图HL子带和LH子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到左视图HL子带和LH子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；
通过曲线拟合方法拟合左视图的HL子带的噪声阈值随背景亮度变化的拟合曲线，作为基础曲线；
在设定范围内以设定步长递增或递减得到距离基础曲线不同截距的多条模拟曲线；
计算左视图LH子带测试值与上述模拟曲线的均方根误差；
将最小均方根误差对应的模拟曲线作为左视图LH子带的最佳拟合曲线；
根据公式(1)构建右视图HL和左视图LH子带的小波域双目恰可察觉失真模型，其中，AlimitR,HL[LLR(i,j)]通过右视图HL子带的拟合曲线获得，R为右视图索引，AlimitL,LH[LLL(i,j)]通过左视图LH子带的最佳拟合曲线获得，L为左视图索引。
3.根据权利要求1所述的立体图像水印嵌入方法，其特征在于，所述左视图LH子带各像素点的小波系数的噪声阈值根据下式(4)确定
Figure FDA0004008443020000021
其中，L为左视图索引；
所述右视图HL子带各像素点的小波系数的噪声阈值根据下式(5)确定，
Figure FDA0004008443020000022
其中，R为右视图索引。
4.一种立体图像水印提取方法，其特征在于，包括：
获取待测立体图像的左视图和右视图；
分别对上述的左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和LL子带的子带系数以及右视图HL子带和LL子带的子带系数；
通过左视图LL子带的子带系数根据下式(1)获得左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值，
Figure FDA0004008443020000023
通过右视图LL子带的子带系数根据上式(1)获得右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值；
按照降序对左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图的水印提取位置；
按照降序对右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，从大到小依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图的水印提取位置；
根据左视图LH子带的各水印提取位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
根据右视图HL子带的各水印提取位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
根据下式(6)对各水印提取位置的各水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n))(6)
Figure FDA0004008443020000031
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]
，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为待测立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为待测立体图像的一个视图的水印提取强度，coefo(m,n)表示一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
5.一种立体图像水印提取方法，其特征在于，包括：
获取待测立体图像的左视图和右视图；
分别对上述的左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和右视图HL子带的子带系数；
以未嵌水印的原始立体图像的各嵌入位置的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数根据下式(6)取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n))(6)
Figure FDA0004008443020000032
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]
，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
6.一种立体图像水印嵌入系统，其特征在于，包括：
第一视图获取模块，获取立体图像的左视图和右视图；
第一变换模块，分别对左视图和右视图进行小波变换，得到左视图和右视图各自的LL、LH、HL和HH四个子带；
小波域BJND模型构建模块，根据下式(1)构建子带的小波域双目恰可察觉失真模型，
Figure FDA0004008443020000041
其中，o表示一个视图，所述一个视图为左视图或者右视图，a表示另一个视图，S为子带索引，可取LL，HL，LH，HH，LLo(i,j)表示所述一个视图位置为(i,j)的像素点的亮度均值，Alimito,S[LLR(i,j)]表示一个视图子带S上位置为(i,j)的小波系数的噪声阈值，Aa,S(i,j)表示另一个视图的子带S上位置为(i,j)的像素点的噪声能量；BJNDo,S[LLo(i,j),Aa,S(i,j)]表示一个视图子带S的位置为(i,j)的小波系数的双目恰可失真噪声阈值，λ为曲线指数；
左视图双目恰可失真噪声阈值获得模块，将左视图作为所述一个视图，将右视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到左视图LH子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
右视图双目恰可失真噪声阈值获得模块，将右视图作为所述一个视图，将左视图作为所述另一个视图，代入上述小波域双目恰可察觉失真模型，得到右视图HL子带各像素点的双目恰可失真噪声阈值；
排序模块，按照降序对左视图LH子带和右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序；
左视图水印嵌入位置获得模块，按照排序从大到小依次取设定数量的左视图LH子带的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图水印嵌入位置；
右视图水印嵌入位置获得模块，按照排序从大到小依次取设定数量的右视图HL子带的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为右视图水印嵌入位置；
左视图水印嵌入强度获得模块，根据左视图LH子带的各水印嵌入位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
右视图水印嵌入强度获得模块，根据右视图HL子带的各水印嵌入位置对应的双目恰可失真噪声阈值确定各水印嵌入位置的水印嵌入强度；
水印嵌入模块，根据水印嵌入强度将水印分别嵌入到左视图和右视图的水印嵌入位置。
7.根据权利要求6所述的立体图像水印嵌入系统，其特征在于，还包括：
水印生成模块，根据版权图像生成水印，包括：
二值化处理单元，对版权图像进行二值化处理；
置乱处理单元，对二值化后的版权图像进行混沌置乱处理；
矩阵转化单元，将混沌治乱处理后的版权图像的二维矩阵转化为一维矩阵，从而得到水印序列。
8.根据权利要求6所述的立体图像水印嵌入系统，其特征在于，所述小波域BJND模型构建模块包括：
噪声融合单元，在左视图各子带不加噪声时，对右视图HL子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到右视图HL子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；在右视图各子带不加噪声时，分别对左视图HL子带和LH子带添加噪声，通过对立体图像的观测，得到左视图HL子带和LH子带的小波系数在不同背景亮度下的噪声阈值的测试值；
曲线拟合单元，分别拟合左视图和右视图的HL子带的噪声阈值随背景亮度变化的拟合曲线；
模拟单元，将左视图的HL子带的拟合曲线作为基础曲线，在设定范围内以设定步长递增或递减得到距离基础曲线不同截距的多条模拟曲线；
均方根误差计算单元，计算左视图LH子带子带测试值与曲线模拟单元模拟的上述模拟曲线的均方根误差；
最佳拟合曲线获得单元，将最小均方根误差对应的模拟曲线作为左视图LH子带的最佳拟合曲线；
模型构建单元，根据公式(1)构建右视图HL和左视图LH子带的小波域双目恰可察觉失真模型，其中，AlimitR,HL[LLR(i,j)]通过右视图HL子带的拟合曲线获得，R为右视图索引，AlimitL,LH[LLL(i,j)]通过左视图LH子带的最佳拟合曲线获得，L为左视图索引。
9.一种立体图像水印提取系统，其特征在于，包括：
第二视图获取模块，获取待测立体图像的左视图和右视图；
第二变换模块，分别对上述左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和LL子带的子带系数以及右视图HL子带和LL子带的子带系数；
水印提取位置和水印提取强度解调模块，通过左视图和右视图的LL子带的子带系数根据公式(1)分别获得左视图LH子带和右视图的HL子带的双目恰可失真噪声阈值；按照降序分别对左视图LH子带和右视图的HL子带的双目恰可失真噪声阈值进行排序，按照排序从大到小分别依次取设定数量的双目恰可失真噪声阈值对应的子带系数作为左视图和右视图的水印提取位置；分别根据左视图LH子带和右视图的HL子带的各水印提取位置对应双目恰可失真噪声阈值确定各水印提取位置的水印提取强度；
提取模块，根据下式(6)对各水印提取位置的各水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n))(6)
Figure FDA0004008443020000061
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]
，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为待测立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为待测立体图像的一个视图的水印提取强度，coefo(m,n)表示一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
反置乱模块，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
10.一种立体图像水印提取系统，其特征在于，包括：
第二视图获取模块，获取待测立体图像的左视图和右视图；
第二视图变换模块，分别对上述左视图和右视图进行小波变换，得到左视图LH子带和右视图HL子带的子带系数；
水印提取位置和水印提取强度解调模块，将未嵌水印的原始立体图像的左视图和右视图的水印嵌入位置及其对应的水印嵌入强度作为解调的水印提取位置和水印提取强度；
提取模块，以未嵌水印的原始立体图像的水印嵌入强度和待测立体图像的上述子带系数根据下式(6)以水印强度取模，根据下式(7)判决后得到提取水印，
Ro(m,n)＝mod(coefo(m,n),Xo(m,n))(6)
Figure FDA0004008443020000062
其中，Ro(m,n)表示模值，Xo(m,n)＝αBJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]
，BJNDo,S[LLo(m,n),Aa,S(m,n)]为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的一个子带的水印嵌入位置(m,n)的双目恰可失真噪声阈值，所述一个视图为左视图或右视图，当所述一个视图为左视图时，S表示LH子带，当所述一个视图为右视图时，S表示HL子带，Xo(m,n)为未嵌水印的原始立体图像的一个视图的水印嵌入强度，coefo(m,n)表示待测立体图像的一个视图位置为(m,n)的子带系数，α为一致性水印强度调制系数；
反置乱模块，将提取出的水印经反置乱重新排列获得二值水印图像，得到提取的版权图像。
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