劉軼群，張建奇，王曉蕊，羅 鵬

(1.西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，陜西西安 710071;2.武警工程大學(xué)電子技術(shù)系，陜西西安 710086)

三維光學(xué)成像與顯示技術(shù)在軍事高科技裝備、工業(yè)制造、機(jī)器視覺(jué)、生物醫(yī)學(xué)研究和影視娛樂(lè)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。以微單元圖像陣列(Elemental Image Array，EIA)為主的集成成像三維新媒體產(chǎn)品正逐漸增加，但是，數(shù)字化的集成成像三維新媒體產(chǎn)品不僅可以毫無(wú)損失地復(fù)制、存儲(chǔ)與重新生成，而且EIA的非法獲取與篡改變得更為容易，侵權(quán)、剽竊產(chǎn)品的現(xiàn)象也在隨之增多。因此，集成成像三維新媒體的版權(quán)保護(hù)與內(nèi)容鑒別已成為亟待解決的問(wèn)題［1－5］。

數(shù)字水印為多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)和控制等問(wèn)題提供了有效的解決方法，其通過(guò)在原始數(shù)據(jù)中嵌入秘密信息(水印)證實(shí)該數(shù)據(jù)的所有權(quán)，嵌入的水印可以是文字、標(biāo)識(shí)、圖像、序列號(hào)等。水印通常是不可見(jiàn)或不可察覺(jué)的，其與原始數(shù)據(jù)緊密地結(jié)合并隱藏其中，成為原數(shù)據(jù)不可分離的一部分，并能抵抗一些攻擊操作，增強(qiáng)了水印的可生存性［6－7］。

本文提出了一種集成成像三維新媒體的數(shù)字版權(quán)保護(hù)新方法，利用集成成像機(jī)理和光學(xué)彩色圖像的數(shù)字水印算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)集成成像三維新媒體的版權(quán)保護(hù)與內(nèi)容鑒別認(rèn)證，所提方法能夠滿足穩(wěn)健性和安全性的要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明了所提方法的可行性和正確性，研究工作為集成成像三維新媒體的版權(quán)保護(hù)提供了新的思路和解決技術(shù)。

1 集成成像三維新媒體版權(quán)保護(hù)方法

集成成像技術(shù)是一種用微透鏡陣列來(lái)記錄和顯示的三維場(chǎng)景的裸眼立體顯示技術(shù)［8－12］。集成成像三維新媒體版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)模型，如圖1所示，主要包括三維數(shù)字水印的生成、三維數(shù)字水印的傳輸和三維數(shù)字水印的檢測(cè)與提取等部分。三維數(shù)字水印的生成，主要使用集成成像系統(tǒng)，生成符合約束條件的三維數(shù)字水印圖像，然后根據(jù)水印嵌入算法和密鑰把水印信息嵌入到掩蔽圖像中，產(chǎn)生含水印的掩蔽圖像。三維數(shù)字水印的傳輸，主要考慮到通信信道中，含水印的掩蔽圖像可能會(huì)受到噪聲干擾，以及人為攻擊，需進(jìn)行濾波處理和抗攻擊應(yīng)對(duì)策略。三維數(shù)字水印的檢測(cè)與提取部分，主要是進(jìn)行數(shù)字水印的判決和重構(gòu)顯示，如果對(duì)含水印的掩蔽圖像實(shí)施檢測(cè)算法，可以判斷掩蔽圖像中是否包含有數(shù)字水印等隱秘信息;如果對(duì)對(duì)含水印的掩蔽圖像實(shí)施提取算法，可從掩蔽圖像中提取出水印信息，經(jīng)集成成像系統(tǒng)的CIIR處理，恢復(fù)出三維數(shù)字水印，再通過(guò)光學(xué)設(shè)備顯示給觀察者使用。

圖1 集成成像三維新媒體版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)模型

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在水印EIA生成階段，XD模型和球棍發(fā)出的光線經(jīng)由記錄微透鏡陣列成像，再經(jīng)微透鏡陣列后的CCD相機(jī)進(jìn)行空間采樣，最終在探測(cè)器陣列上生成XD模型和球棍模型的數(shù)字微單元圖像陣列，如圖2所示。文中根據(jù)實(shí)際情況，選定生成的載體圖像文件大小為512×512像素，水印圖像文件大小為128×128像素。根據(jù)集成成像系統(tǒng)的運(yùn)行條件要求，且為減少因圖像處理造成的信息丟失，并能提高顯示時(shí)的圖像分辨率，保存圖像時(shí)文中選定圖像保存類型為png格式。

圖2 集成成像的計(jì)算記錄與重構(gòu)示意圖

在水印嵌入與提取階段，根據(jù)離散小波變換(DWT)方法，文中對(duì)彩色載體圖像RGB三通道分別進(jìn)行DWT分解，在此基礎(chǔ)上，選擇每一通道的低頻子帶(即LL子帶)分別嵌入彩色水印圖像的RGB三通道。嵌入策略是，載體圖像低頻子帶的每2×2區(qū)域重復(fù)嵌入水印圖像的一個(gè)像素點(diǎn)，嵌入方式采用傳統(tǒng)的加性嵌入規(guī)則，完成嵌入過(guò)程后，獲得含水印圖像。提取策略是，對(duì)上述2×2區(qū)域的4個(gè)提取值求平均，得到對(duì)應(yīng)的提取水印的一個(gè)像素值，根據(jù)所有的平均值，恢復(fù)出水印圖像，其峰值信噪比49.72 dB，歸一化相似度為0.996 6，符合評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

在水印EIA顯示實(shí)驗(yàn)中，對(duì)集成成像系統(tǒng)的微透鏡參數(shù)配準(zhǔn)處理，然后采用CIIR方法，在與3D模型空間深度相同的位置重構(gòu)出三維圖像，最后由柱狀微透鏡陣列顯示出三維數(shù)字水印。如圖3所示，其結(jié)果表明，重構(gòu)圖像的分辨率、深度和視場(chǎng)范圍，都符合人類視覺(jué)模型的要求，滿足集成成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 提取后的水印圖像與顯示

安全性和穩(wěn)健性是數(shù)字圖像信息隱藏走向應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，本文所提方法具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性和抗篡改性，因二維的微單元圖像陣列本身看似毫無(wú)意義，但經(jīng)過(guò)CIIR技術(shù)重構(gòu)顯示到輸出平面后，其便可成為一組有意義的、與深度有關(guān)的水印圖像，也就能用于版權(quán)鑒別。而且，微單元圖像陣列的記錄與顯示，與CIIR處理過(guò)程中的參數(shù)設(shè)定密切相關(guān)，非法用戶一旦篡改微單元圖像，便會(huì)大幅降低三維水印圖像重構(gòu)質(zhì)量，甚至導(dǎo)致無(wú)法恢復(fù)、無(wú)法顯示原來(lái)的三維水印信息。因此，新方法是可行的，而且是穩(wěn)健性、抗篡改性都很強(qiáng)的版權(quán)保護(hù)方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用集成成像機(jī)理和彩色圖像的數(shù)字水印算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)集成成像的微單元三維新媒體的版權(quán)保護(hù)與內(nèi)容鑒別認(rèn)證，所提方法具有穩(wěn)健性和安全性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明了所提方法的可行性和正確性，本文的研究工作為集成成像三維新媒體的版權(quán)保護(hù)提供了新的思路和解決方法。

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