面向二維數(shù)字矢量地圖的無損數(shù)字水印技術(shù)研究.pdf

1、隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)的迅猛發(fā)展,二維矢量地圖在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時也面臨著一系列安全問題,包括版權(quán)保護、來源跟蹤、篡改鑒別等。數(shù)字水印技術(shù)在解決這些問題方面顯示出巨大潛力。但是在一些特殊的場合,對二維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)精度有著極高的要求,不允許嵌入的水印信息對矢量地圖原始數(shù)據(jù)有任何的擾動,傳統(tǒng)的數(shù)字水印技術(shù)并不能完全解決這類問題。無損水印技術(shù)具有在精確提取水印信息的同時,對原始地圖數(shù)據(jù)無損恢復(fù),因此對二維數(shù)字矢量地圖有很

2、高的適用性。
　　目前矢量地圖無損水印技術(shù)的研究尚處在起步階段,雖然人們提出了若干適用于矢量地圖可逆水印算法和零水印算法,但這些水印算法并沒有很好地解決矢量地圖在實際應(yīng)用過程中的安全性和魯棒性問題。
　　本論文以二維矢量地圖特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為研究對象,從其特殊的應(yīng)用環(huán)境、使用要求及特殊的攻擊方式為出發(fā)點,深入研究具有較好魯棒性,安全性的二維矢量地圖無損水印算法,本文的主要貢獻可歸納如下幾點:
　　首先針對目前以矢量地圖多

3、邊曲線為載體的傳統(tǒng)水印算法,在水印嵌入的同時對地圖數(shù)據(jù)擾動過大問題,提出了基于視覺不可感知的可逆水印算法,通過頂點密度估計策略選取地圖多邊曲線的噪聲不敏感區(qū)域作為載體數(shù)據(jù),并選擇地圖數(shù)據(jù)坐標(biāo)頻域作為水印嵌入位置,從而有效提高了水印算法的視覺不可感知性及其魯棒性。
　　其次針對矢量地圖數(shù)據(jù)高精度需求及其特殊的水印攻擊方式,以矢量地圖多邊形圖元特征點提取為基礎(chǔ),提出了基于圖譜域的可逆水印算法。通過特征點星樹構(gòu)造,選擇出最優(yōu)的拉普拉斯(

4、Laplacian)圖譜域系數(shù)作為水印載體,確保視覺隱蔽性及水印信息的魯棒性,使得矢量地圖保持基本形狀特征的同時,具有抗圖形簡化攻擊能力。
　　再次針對數(shù)字矢量地圖隱秘傳輸及大容量水印嵌入問題,以矢量地圖高密度區(qū)域選取為基礎(chǔ),提出基于迭代嵌入思想的可逆水印算法,以理論推導(dǎo)結(jié)果為指導(dǎo),選取出多邊曲線高密度區(qū)域為水印的載體數(shù)據(jù),實現(xiàn)了具有高嵌入容量及的較小擾動的矢量地圖可逆水印方案。
　　另外結(jié)合矢量地圖內(nèi)容安全與水印版權(quán)保護技

5、術(shù),提出基于非線性變換的可逆水印算法,以特征點提取為基礎(chǔ),提出一種非線性置亂方案,在保持矢量地圖多邊曲線特征點相對位置的前提下對特征點位置進行非線性置亂,解決非授權(quán)用戶對矢量地圖高精度數(shù)據(jù)的非法使用問題。并利用提出的可逆水印方案將水印信息可逆嵌入在頂點坐標(biāo)中,解決了矢量數(shù)據(jù)的版權(quán)保護問題的同時滿足了授權(quán)用戶對高精度數(shù)據(jù)的使用。
　　最后以矢量地圖線圖元特征點提取為基礎(chǔ),針對反映線圖元基本形狀的特征點和反映線圖元細節(jié)的非特征點,分別