运用马氏距离和ISS特征点的三维点云数据水印方法

本发明属于地理信息安全，涉及一种运用马氏距离和iss特征点的三维点云数据水印方法。

背景技术：

1、三维点云数据作为三维数据中一种重要的数据形式，被普遍应用与地理三维建模和场景分析中。随着计算机技术、激光扫描和倾斜摄影等技术的快速发展，三维点云数据的采集和处理变得更加方便快捷。与此同时，越来越多的三维点云数据在网络上进行传播，导致数据的泄露、盗用和非法传播更加难以控制。这些数据普遍具有严格的商业性和保密性，数据的泄露会严重损害数据版权拥有者的经济利益，因此需要采用有效的技术手段来加强三维点云数据的版权保护。

2、数字水印是一种前沿的信息安全技术，数字水印技术利用数据本身作为载体，将水印信息与数据融为一体，用于隐藏版权拥有者、数据使用者等信息。目前已广泛应用于视频、音频以及二维数据的版权保护。近年来也被应用于三维数据中.三维数据分为三维网格数据和三维点云数据。现有针对点云数据的水印方案较少且对几何攻击、简化和裁剪攻击等常规攻击的鲁棒性不足。

3、马氏距离具有尺度不变性，通过计算点云数据的马氏距离构建点云数据的特征矩阵，并于水印信息进行异或运算生成零水印，可以抵抗平移、缩放和旋转等几何攻击。内部形态描述子(intrinsic shape signatures，iss)可以完整反映出点云数据的原始特征，且稳定性强、辨识度高且信息量丰富。本发明通过提取点云数据的iss特征点将水印信息嵌入到特征点的颜色信息上，并结合马氏距离生成零水印，可以抵抗多种常规攻击。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种运用马氏距离和iss特征点的三维点云数据水印方法，实现对三维点云数据在存储、传输和使用过程中的版权保护。

2、为实现上述目的，本发明提供如下方案：

3、一种运用马氏距离的零水印生成方法，包括:

4、对版权图像进行置乱，获得一个二值化版权图像矩阵；

5、获得三维点云数据的顶点坐标集；

6、计算顶点坐标集的马氏距离；

7、将马氏距离扩大后计算水印索引；

8、根据投票原则，判断每个索引位是0或1以确定特征值，以此构建特征矩阵；

9、将特征矩阵与二值化版权矩阵进行异或运算得到零水印图像；

10、一种零水印信息检测方法，包括：

11、读取待检测水印信息的三维点云数据；

12、采用前述的三维点云数据零水印生成方法，生成待检测三维点云数据的特征矩阵；

13、将待检测三维点云数据的特征矩阵与知识产权管理机构中原始版权图像的零水印进行异或，获得待检测置乱后的版权图像；

14、将待检测置乱后的版权图像进行反置乱，获得检测的版权图像；

15、一种运用iss特征点的三维点云数据数字水印方法，包括：

16、获取三维点云数据的顶点坐标集，并对版权图像进行置乱，获得一个二值化版权矩阵；

17、根据顶点坐标集合计算点云数据iss特征点集；

18、将特征点的rgb颜色值，转变为一个24位的无符号整数，得到特征点的颜色集和c′＝{c[f]}，f∈(1，2，...，k)；式中，k表示特征点的个数；

19、以特征点集的x和y坐标计算索引值，建立顶点坐标与水印位的映射关系；

20、根据要嵌入的水印位对c[f]最后一位数值进行奇偶调整，以嵌入水印信息；

21、保存数据，得到含水印信息的三维点云数据；

22、一种三维点云数据的水印检测方法，包括：

23、读取待检测的三维点云数据；

24、采用前述的三维点云数据水印方法，获得相同的iss特征点集，并将特征点集的rgb颜色信息转为整数；

25、根据嵌入时水印位于载体数据的映射方式进行映射，提取特征点的颜色值的最后一位与水印位进行映射，获得待检测置乱后的版权图像；

26、将待检测置乱后的版权图像进行反置乱，获得检测的版权图像；

27、本发明公开一种运用马氏距离和iss特征点的三维点云数据水印方法；利用马氏距离的尺度不变性构建零水印图像；利用iss特征点的稳定性，将水印信息嵌入到特征点的颜色信息上；保证不对高精度三维点云数据坐标的精度造成任何影响，安全性更高，鲁棒性更好，适用范围更广；为三维点云数据的版权保护提供了一种新的有效方案。

技术特征：

1.一种运用马氏距离和iss特征点的三维点云数据水印方法，其特征在于，包括：

2.一种零水印信息检测方法，其特征在于，包括：

3.一种运用iss特征点的三维点云数据数字水印方法，其特征在于，包括：

4.一种三维点云数据的水印检测方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求1所述的一种运用马氏距离和iss特征点的三维点云数据水印方法和权利要求3所述的一种运用iss特征点的三维点云数据数字水印方法，其特征在于，权利要求1计算点云数据的马氏距离以构建三维点云数据的零水印图像，以及权利要求3提取三维点云数据的iss特征点以嵌入水印信息，提高了三维点云数据水印方法的鲁棒性。

6.根据权利要求5所述的一种运用马氏距离和iss特征点的三维点云数据水印方法，该方法适用于高精度三维点云数据的版权保护，其特征在于，运用水印技术对三维点云数据的版权进行认证。

技术总结
本发明公开一种运用马氏距离和ISS特征点的三维点云数据水印方法，包括运用马氏距离的零水印方法和运用ISS特征点的数字水印方法。首先，利用马氏距离的尺度不变性，计算点云数据的马氏距离以构建特征矩阵与水印信息异或运算生成零水印；其次，提取点云数据的ISS关键点作为特征点；最后，以X和Y坐标作为索引，将水印信息嵌入到特征点的颜色信息上。利用马氏距离的尺度不变形和ISS特征提取的稳定性，本方案的鲁棒性得到了增强。本发明在确保点云数据坐标无损性的同时具有较大的水印容量，并且对于常见的几何攻击、简化攻击、裁剪攻击、重排序和噪声等攻击具有良好的鲁棒性。为三维点云数据的版权保护提供了一种新的解决方案。

技术研发人员：张黎明,张紫怡,闫浩文,王鹏斌,谭涛
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15