三维模型内容安全认证研究

论文摘要

近年来,三维模型以其可视化程度高、表现形式灵活多样、动态感和真实感强、资料更新方便等优势得到越来越广泛的应用,尤其应用于要求高精度数据表示的场合下,比如医学图像和无线信道传输的信息中。众所周知,医学图像内容安全性可作为司法证据,无线信道信息内容的安全在战争决策中至关重要,所以三维模型内容安全的认证就变成了一个亟需解决的问题。而解决数字媒体内容安全认证这一问题的一个有效方法就是数字水印技术。针对三维模型内容安全认证的问题,本文提出了分别作用在空域和频域上的脆弱性可逆水印认证算法和鲁棒性可逆水印认证算法,实现了三维模型篡改检测和篡改定位,以及未遭篡改区域的精确恢复。首先,本文对现有的半脆弱水印方法进行了研究分析,在对现有算法的分析总结上,探讨了采用可逆水印解决三维模型内容安全认证的可行性。三维模型内容安全认证的总体框架,包括水印嵌入过程和水印提取认证过程。针对三维模型,包括点云模型和网格模型,本文对于其内容安全认证提出了四种不同的方法,分别在空域和频域上通过修改不同的嵌入基元嵌入可逆水印。和现有的算法不同的是,本文采用三维模型划分最小认证单元,在认证单元上嵌入半脆弱水印的方法实现了在篡改区域上的检测和定位,以及三维模型未遭篡改区域的精确恢复。此外,由三维模型鲁棒特征产生的自适应水印嵌入到模型本身中,所以在认证过程中不需要原始的水印信息。为了提高算法的安全性,本文采用了公钥认证体系中的密钥机制。针对三维模型内容安全认证,本文在研究半脆弱水印和可逆水印的基础上,提出了分别作用于空域和频域的两种脆弱的可逆水印认证算法。在空域上,三维模型的各个顶点到X轴坐标的距离被量化生成原始的水印,而在频域上,原始水印信息是通过量化经过整数DCT变换后产生的系数的高位数据生成的。在水印嵌入过程中,三维模型被划分为一些最小认证单元。在本文中,空域算法的最小认证单元包含了64个顶点,频域算法包含了8个顶点。本文采用基于量化的水印嵌入方法并保留了修改信息,所以原始模型数据可以被最大限度恢复。为了实现算法对常见几何攻击的鲁棒性,本文基于三维模型归一化的思想,提出了分别作用于空域和频域上的两种鲁棒的可逆水印认证算法。为了区分恶意篡改和非恶意篡改,本文把三维模型每个顶点的高斯曲率值作为判断条件之一。本文提出的算法采用将三维模型中心移到直角坐标系原点位置,改变其他顶点相应位置的方法抵抗平移攻击。直角坐标系被转化为球面坐标系,将模型各个顶点到中心的球面归一化距离作为嵌入基元。算法可以抵抗常见的几何攻击,例如平移、旋转、缩放、剪切、简化等。三维模型被划分为一些最小认证单元,本文中空域鲁棒性可逆水印认证算法最小认证单元包含1个顶点,频域包含8个顶点。水印嵌入过程保留修改信息实现未遭篡改区域的精确恢复。采用密钥置乱原始模型的顶点序号,在认证过程中实现恶意篡改检测和定位,算法的安全性也得到进一步提高。

论文目录

• ABSTRACT
• 摘要
• ACKNOWLEDGEMENTS
• CHAPTER 1 INTRODUCTION
• 1.1 Background
• 1.2 Application
• 1.3 Existing Reversible Watermarking
• 1.3.1 Spatial-Domain Watermarking
• 1.3.2 Frequency-Domain Watermarking
• 1.4 The Problems Investigated and Main Contributions of this Thesis
• 1.5 Notation and Organization
• CHAPTER 2 DIGITAL WATERMERKING FOR 3D MODEL AUTHENTICATION
• 2.1 Introduction
• 2.2 Research on Digital Reversible Watermarking
• 2.3 Semi-Fragile Reversible Data Hiding Scheme on 3D Point Model
• 2.3.1 Algorithm Description
• 2.3.2 Experimental Results
• 2.4 A Position-Orientation Size Invariant Watermarking
• 2.4.1 Algorithm Description
• 2.4.2 Experimental Results
• 2.5 A Reversible Watermarking for 3D Model Authentication
• 2.5.1 Algorithm Description
• 2.5.2 Experimental Results
• 2.6 Summary
• CHAPTER 3 FRAGILE REVERSIBLE WATERMARKING BASED 3D AUTHENTICATION
• 3.1 Introduction
• 3.2 Spatial-Domain Fragile Reversible Watermarking
• 3.2.1 Proposed Algorithm
• 3.2.2 Experimental Results
• 3.2.3 Concluding Remarks
• 3.3 Frequency-Domain Fragile Reversible Watermarking
• 3.3.1 Proposed Algorithm
• 3.3.2 Experimental Results
• 3.3.3 Concluding Remarks
• 3.4 Summary
• CHAPTER 4 ROBUST REVERSIBLE WATERMARKING BASED 3D AUTHENTICATION
• 4.1 Introduction
• 4.2 Conventional Attacks
• 4.3 Spatial-Domain Robust Reversible Watermarking
• 4.3.1 Proposed Algorithm
• 4.3.2 Experimental Results
• 4.3.3 Concluding Remarks
• 4.4 Frequency-Domain Robust Reversible Watermarking
• 4.4.1 Proposed Algorithm
• 4.4.2 Experimental Results
• 4.4.3 Concluding Remarks
• 4.5 Summary
• CONCLUSION
• REFERENCES
• PAPERS PUBLISHED IN THE PERIOD OF MASTER EDUCATION
• RESUME