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A Dissertation for the Degree of
Research on Lossless Watermarking Technology
for 2D-Vector Maps
Candidate: Cao Liujuan
Supervisor: Men Chaoguang
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: Computer Application Technology
Date of Submission: April, 2013
Date of Oral Examination: May, 2013
University: Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学
学位论文原创性声明
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的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声
明的法律结果由本人承担。
作者(签字):
日期: 年月日
哈尔滨工程大学
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作者(签字): 导师(签字):
日期: 年月日年月日
面向二维数字矢量地图的无损数字水印技术研究
摘要
随着地理信息系统(GIS)的迅猛发展, 二维矢量地图在国民经济各领域得到了广
泛的应用。同时也面临着一系列安全问题,包括版权保护、来源跟踪、篡改鉴别等。数
字水印技术在解决这些问题方面显示出巨大潜力。但是在一些特殊的场合,对二维数字
地图数据精度有着极高的要求,不允许嵌入的水印信息对矢量地图原始数据有任何的扰
动,传统的数字水印技术并不能完全解决这类问题。无损水印技术具有在精确提取水印
信息的同时,对原始地图数据无损恢复,因此对二维数字矢量地图有很高的适用性。
目前矢量地图无损水印技术的研究尚处在起步阶段,虽然人们提出了若干适用于
矢量地图可逆水印算法和零水印算法,但这些水印算法并没有很好地解决矢量地图在实
际应用过程中的安全性和鲁棒性问题。
本论文以二维矢量地图特殊的数据结构为研究对象,从其特殊的应用环境、使用要
求及特殊的攻击方式为出发点,深入研究具有较好鲁棒性,安全性的二维矢量地图无损
水印算法,本文的主要贡献可归纳如下几点:
首先针对目前以矢量地图多边曲线为载体的传统水印算法,在水印嵌入的同时对地
图数据扰动过大问题,提出了基于视觉不可感知的可逆水印算法,通过顶点密度估计策
略选取地图多边曲线的噪声不敏感区域作为载体数据,并选择地图数据坐标频域作为水
印嵌入位置,从而有效提高了水印算法的视觉不可感知性及其鲁棒性。
其次针对矢量地图数据高精度需求及其特殊的水印攻击方式,以矢量地图多边形图
元特征点提取为基础,提出了基于图谱域的可逆水印算法。通过特征点星树构造,选择
出最优的拉普拉斯(Laplacian) 图谱域系数作为水印载体,确保视觉隐蔽性及水印信
息的鲁棒性,使得矢量地图保持基本形状特征的同时,具有抗图形简化攻击能力。
再次针对数字矢量地图隐秘传输及大容量水印嵌入问题,以矢量地图高密度区域选
取为基础,提出基于迭代嵌入思想的可逆水印算法,以理论推导结果为指导,选取出多
边曲线高密度区域为水印的载体数据,实现了具有高嵌入容量及的较小扰动的矢量地图
可逆水印方案。
另外结合矢量地图内容安全与水印版权保护技术,提出基于非线性变换的可逆水印
算法,以特征点提取为基础,提出一种非线性置乱方案,在保持矢量地图多边曲线特征
点相对位置的前提下对特征点位置