CN110349072B - 一种矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法。该矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法包括：获取矢量地理数据；采集矢量地理数据中的所有要素，得到要素集；对要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集；获取待嵌入的水印信息；将待嵌入的水印信息嵌入到有序要素集中，得到有序水印要素集；将有序水印要素集中的各个要素恢复为矢量地理数据，得到嵌入水印后的矢量地理数据。本发明的矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法能够避免受到投影变换的干扰。

Description

一种矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法
技术领域
本发明涉及地理信息安全技术领域，特别是涉及一种矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法。
背景技术
近来，伴随着高新技术的蓬勃发展，地理信息产业也迅速崛起，矢量地理数据以其高精度、低存储的特点深受人们的青睐，其使用愈加频繁，其安全问题也日益突出。针对矢量地理数据的版权保护的数字水印算法的研究成果越来越多。数字水印属于信息隐藏的一种。数字水印通过将具有确定性和保密性的水印嵌入到矢量地理数据中，使之作为原始数据的一部分而保留在其中，从而实现隐藏传输、存储、标注、身份识别、版权保护等功能。在针对矢量地理数据的版权保护的数字水印算法中，能够抵抗投影变换的水印同步方法一直是一个研究热点。
水印同步方法是决定水印算法鲁棒性的重要因素。具体的，水印同步方法是指水印在水印载体中的同步，一个好的水印同步方法能保证在水印载体中快速定位并获取水印信息。投影变换是矢量地理数据处理的一个重要方式，主要用于地图投影与地图编绘。很多学者对抗投影变换的数字水印算法进行了探索，例如有的学者通过提取特征点及其属性信息，采用坐标映射和量化机制进行水印嵌入；水印检测时，将待检测数据与原始特征点进行属性信息匹配，匹配成功的同名点进行最小二乘法拟合并进行投影变换，最终实现水印信息的提取。然而特征点的确定或多或少会受到投影变换的干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法，避免受到投影变换的干扰。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法，包括：
获取矢量地理数据；
采集所述矢量地理数据中的所有要素，得到要素集；
对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集；
获取待嵌入的水印信息；
将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中，得到有序水印要素集；
将所述有序水印要素集中的各个要素恢复为矢量地理数据，得到嵌入水印后的矢量地理数据。
可选的，在所述对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集之后，在所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中，得到有序水印要素集之前，还包括：
当存在坐标点的数量相同的要素时，将坐标点数量相同的要素按照要素的相对位置排序。
可选的，所述获取待嵌入的水印信息，具体包括：
获取版权信息；
将所述版权信息映射到一个伪随机二进制序列；
对所述伪随机二进制序列进行置乱加密，得到所述待嵌入的水印信息。
可选的，所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中，得到有序水印要素集，具体包括：
利用基于量化机制的数字水印算法将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中。
本发明还公开一种矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法，包括：
获取待检测的矢量地理数据；
采集所述待检测的矢量地理数据中的所有要素，得到要素集；
对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集；
利用嵌入水印时所采用的算法对所述有序要素集进行水印检测，得到检测水印信息；
将所述检测水印信息与预设水印信息进行对比，得到对比结果；
当所述对比结果满足预设阈值时，则确定所述预设水印信息为待检测的矢量地理数据内嵌入的水印信息；
当所述对比结果超出所述预设阈值时，则水印检测失败。
可选的，在所述对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集之后，在所述利用嵌入水印时所采用的算法对所述有序要素集进行水印检测，得到检测水印信息之前，还包括：
当存在坐标点的数量相同的要素时，将坐标点数量相同的要素按照要素的相对位置排序。
可选的，所述利用嵌入水印时所采用的算法对所述有序要素集进行水印检测，得到检测水印信息，具体包括：
按照依次检测各个要素中嵌入的二进制水印数字，得到检测水印序列。
可选的，所述将所述检测水印信息与预设水印信息进行对比，得到对比结果，具体包括：
将所述检测水印序列与预设水印序列逐个进行对比，得到不一致的比特数；
将所述不一致的比特数除以所述检测水印序列的总比特数得到比特比值；
当所述比特比值小于预设比值时，确定对比结果满足预设阈值；当所述比特比值大于或等于所述预设比值时，确定对比结果超出预设阈值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法，利用各要素所含坐标的数量对要素进行排序，从而提供水印嵌入和检测的位置。由于投影变换不会改变要素坐标点的数量特征，因此本发明的方法能够有效避免投影变换的影响。
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1矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法的方法流程图；
图2为实施例1矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法的方法流程图；
图3为嵌入水印前的矢量地理数据；
图4为嵌入水印后的矢量地理数据；
图5为进行投影变换后的矢量地理数据和对应的检测结果图。
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。
本发明的目的是提供一种矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法，避免受到投影变换的干扰。
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。
实施例1：
图1为本发明实施例1矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法的方法流程图。
参见图1，该矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法，包括：
步骤101：获取矢量地理数据。
步骤102：采集所述矢量地理数据D中的所有要素，得到要素集F。F＝(F1,F2,…,Fn)，F1,F2,…,Fn为要素集F中的要素，n为要素集中要素的数量。要素集F中的要素可以为点要素、线要素或面要素。
步骤103：对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集Forder。
步骤104：当存在坐标点的数量相同的要素时，将坐标点数量相同的要素按照要素的相对位置(可以按上下左右的顺序)排序。
步骤105：获取待嵌入的水印信息W。
该步骤105具体包括：获取版权信息C；将所述版权信息C映射到一个伪随机二进制序列L；对所述伪随机二进制序列L进行置乱加密，得到所述待嵌入的水印信息W。其中，伪随机二进制序列L为与版权信息C具有唯一对应关系的二进制编码。通过检查水印是否与该伪随机二进制序列L相同即可确定水印是否为包含版权信息C的水印。
步骤106：将所述待嵌入的水印信息W嵌入到所述有序要素集Forder中，得到有序水印要素集Fw。该步骤106采用的算法是基于量化机制的数字水印算法。例如，数字水印算法可以采用LSB(Least Significant Bits，最低有效位)算法。LSB算法的基本思想是用待嵌入的秘密信息(即待嵌入的水印信息W)取代载体数据(即有序要素集Forder中的各个要素)的LSB。
步骤107：将所述有序水印要素集Fw中的各个要素恢复为矢量地理数据，得到嵌入水印后的矢量地理数据Dw。
针对上述矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法，本发明还对应公开一种矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法。
图2为实施例1矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法的方法流程图。
参见图2，该矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法包括：
步骤201：获取待检测的矢量地理数据。
步骤202：采集所述待检测的矢量地理数据中的所有要素，得到要素集。
步骤203：对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集。
步骤204：当存在坐标点的数量相同的要素时，将坐标点数量相同的要素按照要素的相对位置排序。
步骤205：利用嵌入水印时所采用的算法对所述有序要素集进行水印检测，得到检测水印信息。该步骤205具体包括：
按照依次检测各个要素中嵌入的二进制水印数字，得到检测水印序列。
步骤206：将所述检测水印信息与预设水印信息进行对比，得到对比结果。该步骤206具体包括：
将所述检测水印序列与预设水印序列逐个进行对比，得到不一致的比特数；将所述不一致的比特数除以所述检测水印序列的总比特数得到比特比值；当所述比特比值小于预设比值时，确定对比结果满足预设阈值；当所述比特比值大于或等于所述预设比值时，确定对比结果超出预设阈值。可选的，所述预设比值为25％。
步骤207：当所述对比结果满足预设阈值时，则确定所述预设水印信息为待检测的矢量地理数据内嵌入的水印信息。
步骤208：当所述对比结果超出所述预设阈值时，则水印检测失败。水印检测失败意味着所述待检测的矢量地理数据中不包含所要检测的水印信息，该待检测的矢量地理数据可能为版权侵权数据，也可能该待检测的矢量地理数据中的水印被破坏，还有可能待检测的矢量地理数据中还未嵌入水印。
实施例2：
该实施例2以一份包含2795个要素的矢量地理数据为例进行说明。为了验证本本发明的方法能够抵抗投影变换，所采用的初始投影为WGS1984 World Mercator(世界墨卡托)。
采用实施例1的方法对该矢量地理数据进行水印嵌入，版权为南京师范大学，水印信息为南京师范大学所对应的二进制水印信息。
在嵌入水印后，对矢量地理数据进行投影变换，并对投影变换后的矢量地理数据进行水印检测。分别将矢量地理数据进行World Robinson(世界罗宾逊)、World Polyconic(世界多圆锥)、World Hotine(世界洪特尼)和World Winkel I(世界温克尔I)四种投影。
图3为嵌入水印前的矢量地理数据。
图4为嵌入水印后的矢量地理数据。
图5为进行投影变换后的矢量地理数据和对应的检测结果图。其中(a)为进行World Robinson投影后的矢量地理数据和对应的检测结果图，(b)为进行World Polyconic投影后的矢量地理数据和对应的检测结果图，(c)为进行World Hotine投影后的矢量地理数据和对应的检测结果图，(d)为进行World Winkel I投影后的矢量地理数据和对应的检测结果图。图中检测结果均为南京师范大学。
由图3和图4可知，数字水印算法具有一定的保密性，嵌入的水印肉眼不易发现。并且嵌入水印前后的数据不会发生变化，即不影响数据的原有结构。
由图3、图4和图5可知，本发明的水印同步方法可以在发生投影变换后依然准确的检测出水印，从而能够有效抵抗投影变换的影响。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的矢量地理数据水印嵌入和检测过程中的水印同步方法，利用各要素所含坐标的数量对要素进行排序，从而提供水印嵌入和检测的位置。由于投影变换不会改变要素坐标点的数量特征，因此本发明的方法能够有效避免投影变换的影响。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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 (6)

1.一种矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法，其特征在于，包括：
获取矢量地理数据；
采集所述矢量地理数据中的所有要素，得到要素集；
对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集；
获取待嵌入的水印信息，具体包括：
获取版权信息；
将所述版权信息映射到一个伪随机二进制序列；
对所述伪随机二进制序列进行置乱加密，得到所述待嵌入的水印信息；
将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中，得到有序水印要素集；
将所述有序水印要素集中的各个要素恢复为矢量地理数据，得到嵌入水印后的矢量地理数据。
2.根据权利要求1所述的矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法，其特征在于，在所述对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集之后，在所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中，得到有序水印要素集之前，还包括：
当存在坐标点的数量相同的要素时，将坐标点数量相同的要素按照要素的相对位置排序。
3.根据权利要求1所述的矢量地理数据水印嵌入过程中的水印同步方法，其特征在于，所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中，得到有序水印要素集，具体包括：
利用基于量化机制的数字水印算法将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述有序要素集中。
4.一种矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法，其特征在于，包括：
获取待检测的矢量地理数据；
采集所述待检测的矢量地理数据中的所有要素，得到要素集；
对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集；
利用嵌入水印时所采用的算法对所述有序要素集进行水印检测，得到检测水印信息，包括：
按照依次检测各个要素中嵌入的二进制水印数字，得到检测水印序列；
将所述检测水印信息与预设水印信息进行对比，得到对比结果；
当所述对比结果满足预设阈值时，则确定所述预设水印信息为待检测的矢量地理数据内嵌入的水印信息；
当所述对比结果超出所述预设阈值时，则水印检测失败。
5.根据权利要求4所述的矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法，其特征在于，在所述对所述要素集中的各个要素按照要素所包含的坐标点的数量排序，得到有序要素集之后，在所述利用嵌入水印时所采用的算法对所述有序要素集进行水印检测，得到检测水印信息之前，还包括：
当存在坐标点的数量相同的要素时，将坐标点数量相同的要素按照要素的相对位置排序。
6.根据权利要求4所述的矢量地理数据水印检测过程中的水印同步方法，其特征在于，所述将所述检测水印信息与预设水印信息进行对比，得到对比结果，具体包括：
将所述检测水印序列与预设水印序列逐个进行对比，得到不一致的比特数；
将所述不一致的比特数除以所述检测水印序列的总比特数得到比特比值；
当所述比特比值小于预设比值时，确定对比结果满足预设阈值；当所述比特比值大于或等于所述预设比值时，确定对比结果超出预设阈值。
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