面向局部无比例形变工程CAD图内容完整性认证的数字水印技术研究

We target to address the problem of topological and geometrical information authentication and verification of engineering CAD drawings with local disproportional transformation. The ease of duplication and modification of engineering CAD drawings calls for the development of techniques for integrity authentication with the widely use of collaborative design technology in Engineering CAD. Digital watermarking technology is widely used in the CAD field as an effective means of integrity authentication.There are some limitations of existing studies when applied to the proposed problem: first, topology authentication is still in its infancy and offers interesting potential for improvement; second, existing shcemes are sensitive to local non-proportional transformations. Based on the research of the techniquce of mining and extracting the invariance feature of engineering CAD drawings, we propose the research on semi-fragile watermarking technology for topological and geometrical information authentication. The capcity is reduced based on compressed sensing, which includes sparse representation, measurement and reconstruction. This results in the improvement of the watermark imperceptibility and tamper localization ability. The study of this project can well solve the problem of topological and geometrical information authentication and verification of engineering CAD drawings. Meanwhile this theory can be applied in the authentication and verification of digital media.

本项目研究利用数字水印技术解决局部无比例形变工程CAD图拓扑和几何信息的完整性认证问题。随着协同设计技术在工程CAD领域的广泛应用，工程CAD图在实际应用中面临着被恶意窃取、篡改和破坏等问题。数字水印技术作为一种有效的内容完整性认证手段，被广泛应用于二维CAD图领域。但是，现有二维CAD图数字水印技术缺乏工程CAD图拓扑信息完整性认证问题的针对性研究；且无法有效抵抗针对工程CAD图局部对象的合法无比例形变攻击。本项目拟在工程CAD图的不变特征挖掘和提取技术研究的基础上，开展抵抗局部无比例形变攻击的拓扑和几何信息半脆弱数字水印设计方法的研究；通过突破工程CAD图信号稀疏表示、线性测量和信号重构等关键科学问题，降低嵌入的水印信息量并实现对篡改位置的精确定位，提高水印算法的安全性。本项目的研究将较好解决工程CAD图拓扑和几何信息的完整性认证问题，同时该技术也可应用于其他数字媒体的内容完整性认证。

随着协同设计技术在工程CAD领域的日益广泛应用，作为工程 CAD设计结果重要体现的工程CAD图也得到了大量普及。由于工程CAD涉及的专业面广，参与的设计人员多，有时还会涉及不同单位之间的合作，所以，工程CAD图在设计和传输过程中很容易被非法复制、篡改和传播。因此，开展针对工程CAD图内容完整性认证的研究，对于防止图纸被恶意篡改或破坏，保障工程CAD设计、校审、出图和施工工作的顺利进行十分重要和日益迫切。本项目主要在工程CAD图几何和拓扑不变特征挖掘和提取技术研究的基础上，开展抵抗局部无比例形变攻击的拓扑和几何信息内容完整性认证方法的研究。针对拓扑特征提取问题，提出了基于局部二值模式的对象拓扑特征提取方法；针对模型几何和拓扑信息特征提取问题，提出了基于协方差描述子的特征提取和融合方法；针对工程CAD图的内容完整性认证问题，分别提出了基于数字水印技术和基于哈希技术的图纸几何和拓扑信息完整信息认证算法。同时，本项目还将模型几何和拓扑特征提取技术方面的研究成果推广到模型检索领域，实现了工程CAD模型的快速检索。本项目的研究较好地解决了工程CAD图拓扑和几何信息的完整性认证问题，提出的算法具有较好的通用性，可以广泛应用到其他工程CAD图的各种领域。