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申请/专利权人：齐齐哈尔大学

摘要：本发明公开了一种VMD‑2D结合DCT、SIFT与PSO的鲁棒水印算法，所述算法在嵌入水印之前，先对二值水印图像使用Arnold置乱进行加密，以保证水印的安全性，同时对载体图像进行VMD‑2D分解，分解得到IMFi和剩余量Ir，在对剩余量Ir进行DCT变换，对DCT矩阵块进行修改嵌入水印比特，利用PSO算法，依据适应度函数对水印算法进行优化，最后在对含水印的载体图像做SIFT特征提取，并且进行保存，用于提取水印进行图像纠正。实验表明，本发明可以有效的抵挡各种噪声和滤波，并且对几何攻击、压缩攻击和对比度调整也有很好的鲁棒性，而且在视觉质量上也拥有更好的不可见性，同时还具有很好的安全性。

主权项：1.一种VMD-2D结合DCT、SIFT与PSO的鲁棒水印算法，其特征在于所述算法包括如下步骤：步骤一、对水印图像使用Arnold置乱进行加密：将二值图像W中的每个像素坐标x,y，使用下面的公式进行置乱操作： 其中，a和b是两个置乱参数，N为图像大小；迭代n次，通过反复进行置换操作，得到加密后的二值图像，并且进行降维，转换为一维，保存密钥a、b、n；步骤二、载体图像I的分解：对载体图像I进行VMD-2D，分解为IMFi和剩余量Ir，载体图像表示为如下形式： 其中，α为带宽约束，K为模态数；步骤三、水印的嵌入：步骤三一、对剩余量Ir进行分块，然后逐块进行DCT变换，得到变换后的矩阵Jn；步骤三二、设置随机种子，生成随机数，根据索引对相应的块进行水印嵌入；步骤三三、根据索引，选取DCT矩阵1,0或0,1位置进行水印的嵌入，具体嵌入算法公式如下： Pemb＝roundEembx 其中，bit表示要嵌入的水印比特，Jn1,0和Jn0,1表示经过DCT变换后矩阵块1,0和0,1位置的值，round表示对取值进行四舍五入，mod表示模运算，x表示嵌入因子；步骤三四、用更新后的系数值Eemb’替换Eemb，同时对修改后的DCT矩阵执行逆DCT以得到嵌入水印的块，以随机数索引方式对所选块执行水印嵌入步骤，嵌入所有水印比特，并得到修改后的块，重组得到剩余量Ir’；步骤三五、将剩余量Ir’和VMD-2D产生的IMFi进行合并获得带水印图像I’： 步骤三六、提取带水印图像I’的SIFT特征并保存；步骤四、嵌入因子x和分解模态个数K的优化：使用PSNR和NC值进行目标函数的构建，通过PSO算法进行全局搜索来寻找最佳嵌入因子x和最佳分解模态个数K，具体方式如下：xi∈[20,60]Ki∈[2,10] 其中，xi表示第i次寻优产生的嵌入因子，Ki表示第i次寻优产生的分解模态个数，max表示取最大值，m表示攻击种类数，NCj表示遭受攻击后所得到的归一化相关系数，PSNRi表示嵌入因子为xi、分解模态个数为K时所得的峰值信噪比，当T取最大值时，得到最佳嵌入因子x和最佳分解模态个数K；步骤五、对含水印图像的纠正：采用以下公式校正旋转攻击的校正角度： 其中，和分别取自带水印图像I’和旋转图像的两个关键点组成的两个向量，θi表示每两对匹配点所计算出的旋转角度，M表示有效匹配点的数量，Rc表示纠正所需的旋转角度；根据上式，每两对匹配点计算旋转角度，然后，通过计算角度的平均和来校正角度；步骤六、提取水印图像：步骤六一、对经过纠正后的含水印图像，进行VMD-2D分解，分解得到IMFi和剩余量Ir’；步骤六二、对剩余量Ir’，进行分块，然后逐块进行DCT变换，得到变换后的矩阵Jn；步骤六三、设置随机种子，生成固定随机数，根据索引对相应的块进行水印嵌入；步骤六四、根据以下公式对矩阵Jn进行水印的提取： Pext＝fixEextxRext＝modPext,2 其中，fix表示向零取整，Bext表示提取出的水印比特，对每个随机数索引选出的块执行上述公式，提取出所有水印比特；步骤六五、将提取出的水印比特从一维重组为二维，并通过保存的密钥a、b、n执行以下公式进行解密： 其中，N为正方形图像的边长，进行n次迭代得到解密后的二值水印图像W’。

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