二維CAD圖形可逆水印理論與方法的研究

隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）普遍應(yīng)用于產(chǎn)品和工程的設(shè)計(jì)。除了二維CAD工程圖以外，由二維CAD工程圖所衍生的二值工程圖紙、STL模型、三維打印品等都逐漸成為了工業(yè)制造中不可或缺的一部分。然而，這些數(shù)據(jù)的安全問題，如：版權(quán)侵犯、非法篡改、制假售假等，都嚴(yán)重?fù)p害生產(chǎn)者的利益。為此，亟待研究有效的手段對二維CAD工程圖等進(jìn)行保護(hù)。數(shù)字水印作為一種有效的版權(quán)防護(hù)手段，已被廣泛用于各類載體中。本項(xiàng)目針對二維矢量圖、二值圖紙、STL模型等數(shù)據(jù)相關(guān)性低的載體，開展可逆水印技術(shù)研究。項(xiàng)目的主要研究工作包括： （1）針對二維CAD工程圖，構(gòu)建了二維CAD工程圖形可逆水印模型，之后根據(jù)該模型提出了多個(gè)可逆水印算法；通過對載體的半脆弱性研究，提出了多個(gè)用于篡改定位的可逆水印算法；此外通過對差值擴(kuò)展法的改進(jìn)，提出了面向網(wǎng)絡(luò)制造的加密域信息隱藏算法。通過對上述成果的綜合應(yīng)用，設(shè)計(jì)開發(fā)二維CAD工程圖形水印系統(tǒng)。 （2）對于工程圖紙質(zhì)圖紙，提出了基于形態(tài)學(xué)與網(wǎng)格構(gòu)造的二值圖像校正方法、基于加性噪聲模型與置亂的二值地圖抗打印掃描水算法、基于DCT變換與圖像置亂的二值地圖抗打印掃描水印算法和彩色工程圖紙抗打印掃描水算法。在上述方法的基礎(chǔ)上，研制了一個(gè)紙質(zhì)圖紙泄密追蹤工具原型。 （3）針對STL模型，提出了基于表示域?qū)嶓w重排序的高容量無失真水印算法以及基于比特位映射和實(shí)體重排序的無損水印算法，驗(yàn)證水印技術(shù)保護(hù)STL模型的有效性。 （4）對于三維打印物品防偽認(rèn)證，提出了基于3D打印設(shè)備噪聲模型的防偽認(rèn)證算法。對3D打印與產(chǎn)品觀察過程中引入的噪聲信息進(jìn)行了分析，通過構(gòu)造通用的打印標(biāo)記，并從中獲取3D打印設(shè)備的隨機(jī)噪聲來構(gòu)造實(shí)體防偽認(rèn)證方法。 本項(xiàng)目研究共發(fā)表論文25篇，其中SCI收錄13篇，EI收錄12篇。另申請發(fā)明專利三項(xiàng)并進(jìn)入實(shí)審，研制軟件工具系統(tǒng)三個(gè)并獲得軟件著作權(quán)；共計(jì)培養(yǎng)博士研究生1名，碩士研究生15名，本科生11人。 2100433B

二維CAD圖形是一種矢量圖形，它具有高保真與高精度等要求，因此，其安全保護(hù)應(yīng)避免無法恢復(fù)的失真。可逆水印是數(shù)字內(nèi)容安全保護(hù)的一種有效手段，它能無損地恢復(fù)出原始載體，故特別適合二維CAD圖形的內(nèi)容保護(hù)。已有可逆水印研究大多面向柵格圖像和矢量地圖，針對二維 CAD圖形的可逆水印研究較少，且在水印容量、魯棒性和篡改定位能力等方面還存在不足；此外，相對于其他數(shù)字內(nèi)容，二維CAD圖形的數(shù)據(jù)相關(guān)性低、圖元類型豐富，其可逆水印的實(shí)現(xiàn)更為困難?；诖耍旧暾垟M研究二維CAD圖形可逆水印模型、二維CAD圖形半脆弱可逆水印方法、二維CAD圖形加密域可逆水印方法、二維CAD圖形可逆水印性能評測方法，以及二維CAD圖形可逆水印原型系統(tǒng)等。通過對二維CAD圖形可逆水印關(guān)鍵技術(shù)、算法與評測方法的研究，不僅為二維CAD圖形可逆水印奠定理論基礎(chǔ)，也為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下二維CAD圖形的內(nèi)容保護(hù)與安全認(rèn)證提供一種新的有效途徑。

本項(xiàng)目系統(tǒng)地研究了面向CAD的圖形多約束理論、方法及其應(yīng)用，提出了多約束關(guān)系識別、理解與自組織的三大基本原理，提出了約束關(guān)系自組織的一系列新概念和新方法，提出并實(shí)現(xiàn)了8大基本約束種類及其形成的一系列新算法，應(yīng)用圖形多約束理論與方法進(jìn)行工程圖掃描圖象整體識別，應(yīng)用圖形多約束理論與方法進(jìn)行零件圖裝配圖一體化設(shè)計(jì)，提出并實(shí)現(xiàn)了基于約束關(guān)系自組織的離線參數(shù)化技術(shù)。上述各項(xiàng)研究成果中，應(yīng)用圖形多約束理論與方法進(jìn)行工程圖掃描圖象整體識別與基于約束關(guān)系自組織的離線參數(shù)化技術(shù)是兩項(xiàng)實(shí)質(zhì)性的突破，已得到學(xué)術(shù)界同行的肯定與認(rèn)可。本項(xiàng)研究在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上共發(fā)表論文十六篇。 2100433B

以現(xiàn)代微分幾何學(xué)為基礎(chǔ)，非線性偏微分方程為橋梁，非線性偏微分方程的數(shù)值解法為手段，結(jié)合小波分析技術(shù)，研究圖象非線性處理算法設(shè)計(jì)的幾何理論與方法，探索圖象處理的新技術(shù)。建立諸如圖象銳化，平滑，腐蝕，膨脹，細(xì)化和中軸變換等處理的統(tǒng)一有限差分算法，并將其應(yīng)用于掃描圖紙的識別輸入處理中，大幅度提高細(xì)化，凈化質(zhì)量和矢量化程度。 2100433B