一种基于定位块机制的含水印瓦片遥感影像定位方法

摘要

本发明公开了一种基于定位块机制的含水印瓦片遥感影像定位方法。本发明采用分块DCT变换，分块大小为与JPEG数字媒体压缩编码兼容的8×8，以抵抗瓦片遥感影像常见的数据压缩处理。定位机制的设计以数字水印技术为核心，选择含水印瓦片遥感影像经过分块DCT变换后生成的系数矩阵中左上角、左下角和右下角3个8×8分块作为定位块，在定位块内嵌入稳定、可辨识的定位信息。在水印检测时，通过搜索定位块精确定位含水印瓦片遥感影像的位置。本发明通过与QR码位置探测图形具有类似功能的定位块标定含水印瓦片遥感影像，嵌入定位块中的定位信息在经历JPEG压缩攻击、拼接处理和区域裁剪处理后仍可被准确地检测与识别，且不影响瓦片遥感影像的可用性，定位过程高效、可靠。

主权项

一种基于定位块机制的含水印瓦片遥感影像的定位方法，其步骤如下：步骤一、定位信息嵌入步骤1.1：对载体瓦片遥感影像进行8×8分块的DCT变换，得到变换后的分块DCT系数矩阵Dct(i)，i∈[1,1024]，i表示各个分块在系数矩阵中的线性索引；步骤1.2：从Dct(i)中，提取位于左上角、左下角和右上角的3个8×8分块，依次标记为Dct(1)、Dct(32)和Dct(993)；步骤1.3：生成定位信息Loc，Loc为起始位为“0”且“0”和“1”交替出现的一维二值序列，其长度Length＝10；步骤1.4：对Dct(1)、Dct(32)和Dct(993)进行ZigZag扫描排序，在排序后的DCT系数中选取序号为2至11的10个低频系数，依次标记为Dct(1)(j)、Dct(32)(j)和Dct(993)(j)，j∈[2,11]；步骤1.5：采用量化的方式分别在Dct(1)(j)、Dct(32)(j)和Dct(993)(j)中嵌入定位信息Loc(j‑1)，量化规则如下：${\delta }_j=\left\{\begin{array}{c}Floor\left(Dct\right(k\left)\right(j)/\Delta ),Dct\left(k\right)\left(j\right)\ge 0\\ Ceil\left(Dct\right(k\left)\right(j)/\Delta ),Dct\left(k\right)\left(j\right)<0\end{array}\right.$其中k取1、32或993，Δ为预先设定的量化步长，δ_j为量化值，Floor为朝‑∞方向取整函数，Ceil为朝+∞方向取整函数，Mod为取余函数；若Loc(j‑1)＝0，则$Dct\left(k\right){\left(j\right)}^{\prime }=\left\{\begin{array}{c}({\delta }_j+0.5)*\Delta ,Mod\left(\right|{\delta }_j|,2)=0\\ ({\delta }_j-0.5)*\Delta ,Mod\left(\right|{\delta }_j|,2)\ne 0\end{array}\right.$若Loc(j‑1)＝1，则$Dct\left(k\right){\left(j\right)}^{\prime }=\left\{\begin{array}{c}({\delta }_j+0.5)*\Delta ,Mod\left(\right|{\delta }_j|+1,2)=0\\ ({\delta }_j-0.5)*\Delta ,Mod\left(\right|{\delta }_j|+1,2)\ne 0\end{array}\right.;$步骤1.6：将Dct(k)(j)'与其他未嵌入定位信息的8×8分块重组为DCT系数矩阵Dct(i)'，对Dct(i)'进行IDCT变换，得到包含定位信息的瓦片遥感影像；步骤二、含水印瓦片遥感影像的搜索与定位步骤2.1：对于经过拼接处理或区域裁剪后生成的，且内部至少包含一幅完整含水印瓦片遥感影像的区域，使用8×8大小的滑动窗口对区域进行遍历搜索，设滑动窗口所在位置左上角的像元坐标为(x,y)，窗口内像元像素值经过DCT变换后的到的系数矩阵为W_D；步骤2.2：提取W_D中经由ZigZag排序后的“2～11”号低频系数，根据以下公式计算定位信息Loc_m(j‑1)：Loc_m(j‑1)＝Mod(Floor(W_D(j)/Δ),2)Δ的设定同步骤15，m＝1/2/3，分别对应3个定位块；计算Loc_1与Loc的相关系数，计算公式如下：$Nc\_1=\frac{\Sigma (~Xor(Loc\_1\left(j-1\right),Loc\left(j-1\right)\left)\right)}{10}$其中Xor为异或运算，“～”为取反运算，Nc_1∈[0,1]；步骤2.3：若Nc_1≥0.9，将滑动窗口平移至窗口左上角像元坐标为(x+248,y)的位置，根据步骤2.2计算当前窗口所在位置检测出的定位信息序列Loc_2与Loc的相关系数Nc_2，若Nc_2≥0.9，转步骤2.4，否则转步骤2.1继续进行遍历搜索；步骤2.4：将滑动窗口再次平移至窗口左上角像元坐标为(x,y+248)的位置，根据步骤2.2计算当前窗口所在位置检测出的定位信息序列Loc_3与Loc的相关系数Nc_3；若Nc_3≥0.9，表明3个定位块均检测成功，已定位出含水印瓦片遥感影像，此时停止遍历搜索，转步骤2.5；否则转步骤2.1继续遍历；步骤2.5：设步骤2.4结束时滑动窗口左上角像元坐标为(x',y')，则定位出的含水印瓦片遥感影像在该区域内的4个顶点坐标分别为(x',y'‑248)、(x'+255,y'‑248)、(x',y'+7)和(x'+255,y'+7)，根据这4个顶点坐标从该区域中分离出含水印瓦片遥感影像，完成搜索与定位过程。