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Dokumentenidentifikation DE102006028376A1 27.12.2007
Titel Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE
Erfinder Wolthusen, Stephen D., Dr., Virginia Water, Surrey, GB;
Funk, Wolfgang, 63741 Aschaffenburg, DE
Vertreter Patentanwälte Bressel und Partner, 12489 Berlin
DE-Anmeldedatum 19.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028376
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G06T 1/00(2006.01)A, F, I, 20060619, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G09B 29/02(2006.01)A, L, I, 20060619, B, H, DE   H04N 1/44(2006.01)A, L, I, 20060619, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten, wobei zumindest ein Bildsegment (1) vorliegt und/oder ermittelt wird, innerhalb des zumindest einen Bildsegments (1) eine Vielzahl von Kacheln (a-i) definiert wird, die jeweils einer Teilfläche des Bildsegments (1) entsprechen, und Bildeigenschaften zumindest eines Teils der Kacheln (a-i) verändert werden und dadurch eine Markierung der Bilddaten vorgenommen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten.

Unter georeferenzierten Bilddaten werden Bilddaten und/oder Kartendaten der Erde, eines anderen Planeten oder eines anderen Untergrundes verstanden, wie beispielsweise Landkarten, Luftaufnahmen, Satellitenbilder. Andererseits werden unter georeferenzierten Bilddaten aufbereitete Daten verstanden, die auf ein Koordinatensystem oder eine Projektion des Untergrundes bezogen sind, z.B. für spezielle Anwendung wie die Landwirtschaft oder den Umweltschutz aufbereitete Daten. Dabei muss es sich nicht um reale Bilddaten handeln, sondern z.B. auch um simulierte Bilddaten. Auch können in den Bilddaten wiederum auf den Untergrund bzw. das Koordinatensystem bezogene Zusatzinformationen enthalten sein, etwa Beschriftungen, Pfeile. Insbesondere können die georeferenzierten Bilddaten in Form von Raster-Bildern aufbereitet sein oder aufbereitet werden. Dabei können die Rasterlinien optional ebenfalls Teil der Bilddaten sein, wie es beispielsweise bei Karten der Fall ist, die Teile der Erdoberfläche mit ausgewählten zugehörigen Breiten- und Längengeraden zeigen.

Georeferenzierte Bilddaten werden häufig mit hohem Aufwand erzeugt. Insbesondere sind häufig teure technische Aufnahmesysteme erforderlich, um die Bilddaten mit einer hohen Auflösung zu erzeugen. Außerdem ist die Nachbearbeitung, um die Bilddaten für den Nutzer geeignet darstellen zu können, meist ebenfalls sehr aufwendig und enthält teilweise das Ergebnis gestalterischer Leistungen.

Daher besteht der Wunsch, die Urheberrechte und Verwertungsrechte zu schützen. Insbesondere soll nachgewiesen werden können, ob Bilddaten durch illegales Kopieren hergestellt wurden. Dies soll möglichst auch dann noch festgestellt werden können, wenn die kopierten Bilddaten nachträglich verändert wurden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine solche Feststellung erlaubt.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bilddaten mit einer Markierung zu versehen, die vorzugsweise unsichtbar oder zumindest für den Betrachter nicht störend ist. Bevorzugt wird außerdem, dass die Markierung auch nach typischerweise in der Praxis vorkommenden Verarbeitungsschritten, wie Farbraumkonvertierungen, affinen Transformationen, Digital-Analog- oder Analog-Digital-Konvertierungen (z.B. beim Ausdrucken der Bilddaten) erhalten bleibt oder zumindest feststellbar bleibt.

Insbesondere wird ein Verfahren zur Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten vorgeschlagen, wobei

  • – zumindest ein Bildsegment vorliegt und/oder ermittelt wird,
  • – innerhalb des zumindest einen Bildsegments eine Vielzahl von Kacheln definiert wird, die jeweils einer Teilfläche des Bildsegments entsprechen, und
  • – Bildeigenschaften zumindest eines Teils der Kacheln verändert werden und dadurch eine Markierung der Bilddaten vorgenommen wird.

Die Nutzung des Bildsegments zur Markierung hat den Vorteil, dass das Bildsegment beim Wiederauffinden der Markierung identifiziert werden kann. Dies gilt zumindest dann, wenn Eigenschaften des Bildsegments bekannt sind (z.B. dessen Außenkontur oder Bildwerte oder zumindest ein Bereich, in dem die Bildwerte liegen) und/oder wenn Informationen darüber bekannt sind, wie das Bildsegment ermittelt werden kann. Beispielsweise wird die Vorschrift, wie das Bildsegment aufgefunden werden kann, geheim gehalten, so dass eine Person, die die Bilddaten unberechtigt kopiert, die Markierung nicht auffinden kann.

Beispielsweise werden zumindest drei Bildsegmente an verschiedene Positionen für die Markierung genutzt und/oder zumindest ermittelt. Dies ermöglicht es, auch die Orientierung und/oder Skalierung der möglicherweise veränderten Bilddaten im Verhältnis zu den Originalbilddaten festzustellen bzw. die veränderten Bilddaten mit den Originalbilddaten zu registrieren (d.h. einen Bezug der Koordinatensysteme der beiden verschiedenen Bilddaten zueinander herzustellen und/oder die einen Bilddaten in das Koordinatensystem der anderen Bilddaten zu transformieren).

Erfindungsgemäß wird innerhalb des zumindest einen Bildsegments eine Vielzahl von Kacheln definiert. Jede Kachel entspricht einer Teilfläche des Bildsegments, wobei die Kacheln beliebige Form, Außenabmessungen und Außenkonturen haben können. Die Kacheln innerhalb des Bildsegments können gleiche oder unterschiedliche Form haben. Sie können alle oder einige davon aneinandergrenzen oder es kann ein Abstand zwischen benachbarten Kacheln vorhanden sein. Bevorzugt wird jedoch eine Kachelung (Tesselierung), bei der alle Kacheln innerhalb desselben Bildsegments oder aller für die Markierung verwendeten Bildsegmente dieselbe Form und Größe aufweisen und vorzugsweise auch zumindest jeweils einen Teilbereich des Bildsegments ohne Lücken abdecken. Im Fall von digitalen Bilddaten, die auf ein zweidimensionales Koordinatensystem bezogen sind, enthält jede Kachel daher vorzugsweise die gleiche Anzahl von Pixeln in beiden Koordinatenachsenrichtungen und gehört das Pixel, welches in einer betrachteten Richtung auf das letzte, den Außenrand einer Kachel definierendes Pixel folgt, zu der nächst benachbarten Kachel, sofern es sich nicht um eine Kachel am Außenrand der gekachelten Fläche handelt. Vorzugsweise weist jede Kachel eine Vielzahl von Pixeln auf.

Gemäß dem oben vorgeschlagenen Verfahren werden Bildeigenschaften von Kacheln verändert und wird dadurch die Markierung in die Bilddaten eingebracht. Beispielsweise können bei digitalen Bilddaten die Farbwerte, Grauwerte und/oder andere einem Pixel zugeordnete Werte in vordefinierter oder zufälliger Weise verändert werden. Beispielsweise kann so ein bestimmtes Muster von Pixeln innerhalb einer zu verändernden Kachel verändert werden. Unter einem Muster wird eine dem Muster zugeordnete Anzahl von Pixeln mit entsprechenden Relativpositionen verstanden bzw. im Fall analoger Bilddaten eine Anzahl von Teilbereichen des Bildes.

Insbesondere ist das zumindest eine Bildsegment durch eine in sich geschlossen umlaufende Umrisslinie definiert oder kann durch eine solche Umrisslinie definiert werden. Somit liegt ein definierter gegen die Außenwelt des Bildsegments abgeschlossener Bereich vor, so dass Kacheln in dem Bildsegment eindeutig diesem zugeordnet sind.

Beispielsweise ist das Bildsegment dadurch definiert, dass innerhalb des Bildsegments Bildeigenschaften gemäß einem vordefinierten Homogenitätskriterium homogen sind. Es kann daher auch davon gesprochen werden, dass das Bildsegment dem Homogenitätskriterium genügt. Beispielsweise besteht das Homogenitätskriterium darin, dass aneinander angrenzende analoge Bildbereiche oder im Fall digitaler Bilddaten aneinandergrenzende Pixel Bildwerte aufweisen, die innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegen. Z.B. werden die Grauwerte oder Farbwerte der Bildbereiche bzw. Pixel betrachtet. Das Homogenitätskriterium kann aber auch komplexer formuliert sein. Z.B. kann zugelassen sein, dass die Bildwerte einzelner Pixel oder Bildbereiche außerhalb des vordefinierten Wertebereichs liegen, wenn diese Bildbereiche oder Pixel vollständig von anderen Bereichen oder Pixeln umgeben sind, deren Bildwerte in dem vordefinierten Wertebereich liegen. Selbstverständlich kann das Homogenitätskriterium auch anders definiert sein, z.B. unter Verwendung über einen örtlichen Bereich (z. B. ein Teilbereich des Bildsegments oder das gesamte Bildsegment) gemittelter Bildwerte.

Der Identifizierung des Bildsegments über ein Homogenitätskriterium liegt der Gedanke zugrunde, dass Gebiete mit homogenen Bildwerten leicht identifiziert werden können, andererseits aber meistens immer noch Variationen der Bildwerte vorhanden sind, so dass Markierungen durch Veränderung der Bildwerte angebracht werden können, die mit bloßem Auge nicht erkannt werden können. Daher stören die Markierungen nicht und fallen auch dem unbefugten Benutzer der Bilddaten nicht auf.

Vorzugsweise wird die Markierung so angebracht, dass auch das Bildsegment mit den Kacheln, deren Bildeigenschaften verändert wurden, dem vordefinierten Homogenitätskriterium genügt.

Beispielsweise weist das Homogenitätskriterium zumindest einen Grenzwert für die (optional auch örtlich gemittelten) Bildeigenschaften auf, der nicht und/oder nur für eine limitierte Anzahl von Bildelementen überschritten werden darf, damit das Bildsegment dem Homogenitätskriterium genügt, und wobei durch die Veränderung der Bildeigenschaften der Grenzwert nicht überschritten wird und/oder die limitierte Anzahl von Bildelementen nicht überschritten wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens in einer der Ausgestaltungen, die in dieser Beschreibung offenbart ist, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:

  • – eine Schnittstelle zum Empfangen der Bilddaten und/oder einen Datenspeicher, in dem die Bilddaten gespeichert sind,
  • – eine Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung zumindest eines Bildsegments aus den Bilddaten,
  • – eine Tesselierungseinrichtung zur Definition einer Vielzahl von Kacheln innerhalb des zumindest einen Bildsegments, wobei die Kacheln jeweils einer Teilfläche des Bildsegments entsprechen, und
  • – eine Markierungseinrichtung, die ausgestaltet ist, Bildeigenschaften zumindest eines Teils der Kacheln zu verändern und dadurch eine Markierung der Bilddaten vorzunehmen.

Bei der Vorrichtung kann es sich insbesondere um einen Computer handeln.

Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.

Weiterhin gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.

Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.

Auch gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.

Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

1 Geo-Bilddaten mit drei Bildsegmenten,

2 eines der in 1 dargestellten Bildsegmente, wobei das Bildsegment gekachelt ist,

3 eine Kachel aus 2 mit einer Vielzahl von Pixeln, die unterschiedliche Bildwerte aufweisen und

4 die Kachel gemäß 3, wobei zur Markierung der Bilddaten ein Muster in die Kachel eingebracht wurde.

1 zeigt eine bildliche Darstellung von georeferenzierten zweidimensionalen Bilddaten. Außer den eigentlichen Bilddaten sind horizontale und vertikale Linien dargestellt, die jeweils in der durch ein Koordinatensystem der Bilddaten vorgegebenen Richtung verlaufen. Beispielsweise kann es sich bei den Linien um Linien mit konstanten Längengeraden bzw. Breitengeraden handeln. Von den Bilddaten sind drei Objekte 1, 2, 3 dargestellt. Von den Objekten ist jeweils nur die Außenkontur bzw. äußere Umrisslinie dargestellt. Die Bereiche innerhalb der Umrisslinien genügen einem vordefinierten Homogenitätskriterium. Daher können die Objekte 1, 2, 3 als Bildsegmente bezeichnet werden. Die Bilddaten können außerdem noch weitere Objekte enthalten. Auch können die Bildwerte in Gebieten der Bilddaten, anders als in 1 dargestellt ist, variieren.

In 2 ist das Bildsegment 1 aus 1 vergrößert dargestellt. Ein Teilgebiet des Bildsegments 1 ist in quadratische Kacheln unterteilt. Auf diese Weise entstehen neun vollständige quadratische Kacheln a bis i.

Diese Kachelung ist lediglich als Beispiel zu verstehen. In der Praxis wird ein Bildsegment vorzugsweise in sehr viel mehr Kacheln unterteilt, so dass ein größeres Gebiet des Bildsegments gekachelt ist, wobei die Kacheln vorzugsweise das Gebiet vollständig abdecken, d.h. keine Lücken lassen.

3 und 4 zeigen die Kachel a gemäß 2. Die Kachel a weist 144 Pixel auf, die durch Quadrate repräsentiert sind. In den Ausgangsbilddaten sind einige der Pixel (links oben, links unten und rechts unten in der Kachel) mit deutlich anderen Bildwerten versehen als die Mehrzahl der Kacheln in der Kachel-Mitte und rechts oben. Der durchschnittliche Bildwert sämtlicher Pixel der Kachel liegt daher etwa bei dem Bildwert der Mehrzahl der Kacheln. Dies ist eine Situation, die bei Bildgebieten mit homogenen Werten häufig angetroffen wird.

Dies wird nun dadurch genutzt, dass ein Muster in die Kachel eingebracht wird. Dazu werden gemäß einer vordefinierten Vorschrift bestimmte Pixel in ihren Bildwerten verändert, z.B. der Farbwert oder Grauwert verändert. Dabei sind die Relativpositionen der Pixel durch die Vorschrift vorgegeben und vorzugsweise ist auch die Position der zu verändernden Pixel innerhalb der Kachel vorgegeben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgegeben, dass der Farbwert des Pixels in der rechten oberen Ecke der Kachel auf einen bestimmten Farbwert gesetzt wird und außerdem weitere sieben Pixel in der in 4 dargestellten Relativposition auf denselben Farbwert verändert werden.

Beispielsweise kann dasselbe Muster in mehren Kacheln eingebracht werden, um die Robustheit der Markierung gegen Veränderungen der Bilddaten zu erhöhen.

Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Muster in eine oder mehrere der Kacheln eingebracht werden.

Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann außerdem oder anstelle der Muster auch in anderer Weise eine Markierung angebracht werden. Beispielsweise kann in einem vordefinierten Gebiet eine bestimmte Anzahl von Pixeln oder analogen Bildbereichen vordefinierter Größe in ihren Bildwerten in vordefinierter Weise eingestellt werden.

Allgemein, unabhängig von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, wird bevorzugt, dass durch die Markierung eine vordefinierte Information in die Bilddaten codiert wird, die z.B. bei Kenntnis eines Codierungsschlüssels wieder ausgelesen werden kann. Dabei wird bevorzugt, dass die Weise, wie die Bildwerte verändert werden, durch ein oder mehrere kryptographische Hashfunktionen vordefiniert ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Rückberechnung der Ausgangsinformation, die zu codieren war, nicht möglich ist (Avalanche-Eigenschaft).

Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Das Verfahren stellt dabei sicher, dass wesentliche semantische Informationen, die in den Geodaten dargestellt werden, durch die Einbettung der Markierung nicht verfremdet oder verfälscht werden. Hierzu können für die Einbettung der Markierung selbst diese semantischen Eigenarten, d.h. insbesondere Geometrie, Texturen, und Überlagerung von Ebenen mit herangezogen werden.

Die Wiederfindung der Markierung bzw. kodierten Information kann blind (d. h. ohne die originalen, nicht markierten Bilddaten) oder nicht-blind (d. h. mit den originalen, nicht markierten Bilddaten) erfolgen.

Bei geeigneter Kodierung, die als Einbringen eines digitalen Wasserzeichens bezeichnet werden kann, können bei der Markierung Nutzdaten in die Bilddaten eingebracht werden, die Informationen über den Prozess der Markierung und/oder bezüglich der nicht markierten (Quelldaten) enthalten. Beispielsweise wird ein Wasserzeichen mit ein so genanntes n-Bit-Wasserzeichen durch den Prozess der Markierung eingebracht. Bei erhöhten Anforderungen an die Robustheit der Markierung gegen nachfolgende Veränderung (insbesondere unerwünschte Manipulation) der Bilddaten, kann auch lediglich ein 1-Bit-Wasserzeichen eingebracht werden, das den Nachweis der Urheberschaft der Bilddaten ermöglicht.

Die Kapazität bzw. Robustheit der Markierung ist dabei von der Anzahl und Größe der für die Markierung zur Verfügung stehenden Bildsegmente und deren Auflösung z. B. in einer Raster-Repräsentation abhängig.

Für die Einbettung von Markierungen können z. B. vektorbasierte Datenformate, Geodaten-Beschreibungssprachen, sowie Raster-Grafikformate herangezogen werden. Die Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele wird auf Raster-Grafikformate beschränkt werden, da die anderen Datenformate sowohl im Fall proprietärer als auch im Fall standardkonformer Verfahren in ein geeignetes Raster-Grafikformat überführt werden können.

Die Einbettung der Markierung aufgrund reiner Raster-Daten erfordert die Identifikation von Bildsegmenten mit definierten Randgebieten. Unter reinen Raster-Daten werden Bilddaten verstanden, die keine Zusatzinformationen aufweisen, wie sie z.B. aus der Aufbereitung zu Rasterdaten zur Verfügung stehen können. In diesem Fall ist der hier beschriebene erste Schritt zu überspringen und diese Daten sind direkt zu verwenden.

Die Identifikation der Bildsegmente kann mittels verschiedener Verfahren erfolgen, die an sich aus der Literatur bekannt sind, z. B. unter Anwendung eines Gauß'sches Glättungsverfahren zur Entfernung bestehender Texturinformation, um Fehldetektionen zu vermeiden, die durch die Anwendung eines Kantenerkennungsverfahrens verursacht werden können.

Für komplexe Texturinformationen und Geodaten-Material kann auch die Verwendung komplexerer Erkennungsverfahren sinnvoll sein. Die im Folgenden beschriebene Weiterverarbeitung erfordert lediglich Segmente mit kontinuierlichen und in sich geschlossen umlaufenden Kanten und stellt keine weiteren Anforderungen. Falls im Rahmen eines bestimmten Kantenerkennungverfahrens Lücken in einer Kante entstehen, werden diese z. B. durch Interpolation aufgefüllt.

Um die Wasserzeichen-Markierung selbst einbringen zu können, werden die Bildsegmente in einem weiteren Verfahrensschritt in Kacheln unterteilt (tesseliert). Diese Kacheln können in Abhängigkeit von Anforderungen an Robustheit und Kapazität der Wasserzeichen anschließend mit identischen und/oder unterschiedlichen Markierungen belegt werden.

Für die Tesselierung in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Rastergrafik (d. h. die zweidimensionalen, auf das Raster bzw. Koordinatensystem bezogenen Bilddaten) durch eine Matrix A mit einer horizontalen Dimension x und vertikalen Dimension y repräsentiert, wobei ihr Ursprung in der oberen linken Ecke des Rasters liegt.

Der im Folgenden beschriebene Algorithmus unterteilt ein gegebenes Bildsegment in eine (potentiell leere) Menge von rechteckigen Kacheln von fester aber beliebiger Größe (z.B. Kacheln mit Kantenlänge n, m = 8), die in einem nachfolgenden Schritt jeweils mit einer individuellen, Markierungs-Textur (Muster) versehen werden.

Zunächst wird die Raster-Matrix gegen den Uhrzeigersinn rotiert, so dass eine bevorzugte Richtung (z. B. die Nordrichtung) auf die Abszisse der Raster-Repräsentation ausgerichtet ist. Dann wird wiederholt eine zusammenhängende horizontale Folge von n Matrix-Elementen innerhalb des Bildsegments gesucht und anschließend eine vertikale Folge von m Elementen für jedes Element der horizontalen Folge innerhalb des Bildsegments gesucht.

Der vorgenannte Algorithmus stellt sicher, dass eine Menge von nicht überschneidenden (aber nicht notwendig zusammenhängenden) Kacheln der Größe n × m zur Verfügung steht, in denen jeweils Markierungen angebracht werden können.

Es sei hierbei angemerkt, dass die Wahl rechteckiger Tesselierungen nicht notwendig für die Ausführung des Verfahrens ist. Das Verfahren lässt sich insbesondere mit allen regulären Tesselierungen (auch aperiodische oder Penrose-Tesselierungen) durchführen. Reguläre Tesselierungen aber aufgrund der einfacheren Wiederfindung der Markierung zu bevorzugen.

In jede der mit einem Verfahren wie zuvor beschriebenen erhaltenen Kacheln wird eine Textur eingebracht, deren Inhalt in Abhängigkeit von Kapazitäts- und Robustheitsanforderungen über mehrere Kacheln konstant gehalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich können über mehrere Kacheln verschiedene Markierungen in ein Bildsegment eingebracht werden.

Für das einbringen der Markierung kann eine idealisierte kryptographische Hashfunktion H verwendet werden, z. B. gemäß einem oder mehreren der Algorithmen SHA-1, SHA-256, oder RIPE-MD, die eine Avalanche-Eigenschaft aufweisen.

Um eine Herleitung des Wasserzeichens durch Dritte verhindern zu können, kann ein geheimer Schlüssel beim Einbringen der Markierung verwendet werden. Dieser Schlüssel sollte zur Vermeidung von Sequenz-Angriffen mit einem Nonce oder Zeitstempel verknüpft sein.

Der Schlüssel oder eine mit dem Schlüssel verschlüsselte Ausgangsinformation wird unter Anwendung der Hashfunktion in ein Muster umgewandelt, welches zur Markierung in die Bilddaten eingebracht wird. An Stelle des wiederholten Einbringens von Mustern kann eine irreguläre Textur erzeugt werden. Dies kann z.B. durch wiederholte Anwendung einer Hashfunktion erfolgen.

Die Wiederfindung der Markierung erfordert abhängig von den Verarbeitungsschritte, die seit dem Einbringen der Markierung vorgenommen wurden, eine Reihe von Bildverarbeitungsschritten.

Insbesondere beinhalten die Bildverarbeitungsschritte die Registrierung der Matrix, gefolgt von einer erneuten Segmentierung zum Auffinden der Bildsegmente. Die Wiederfindung kann sowohl blind als auch nicht-blind erfolgen. Für den Fall einer blinden Wiederfindung werden wiederholte Autokorrelationen über die Segmentierung durchgeführt. Da dies verhältnismäßig aufwändig ist, wird im Folgenden eine nicht-blinde Markierung beschrieben.

Die Registrierung kann durch einen Abgleich der Segmentgrenzen und die Anwendung einer affinen Transformation ausgehend von je drei identifizierten Punkten in den ursprünglichen Bilddaten einerseits und im zu untersuchenden Bildsegment andererseits erfolgen. Sofern durch nichtlineare Transformationen nicht zu große Rundungsfehler eingeführt wurden, können hierdurch auch nichtlineare Transformationen invertiert werden.

Um eine Wiederfindung auch nach Rundungsfehlern und Verschiebungen gewährleisten zu können, kann als Zwischenschritt eine Kachel mittels einer Autokorrelation identifiziert und abgeglichen werden.

Dies erlaubt die Identifikation von Perioden im Raster und, sofern ein wie zuvor beschriebenes Markierungsmuster vorhanden ist, kann dieses analog zum oben beschriebenen Vorgang wiederum anhand von drei korrelierten Koordinatenpunkten wiedergefunden werden.

Für blinde Wiederfindung erfordert dies die Annahme, dass die lokale Umgebung um ein Element des Markierungsmusters homogen (nach Binarisierung) ist und einen Vergleich mit der lokalen Umgebung gestattet.

Sofern die vor der Wiederfindung und Registrierung angewandeten Transformationen keine Beschneidung des vorliegenden Segmentes beinhalteten, kann der oben beschriebene Tesselierungs-Algorithmus zum Auffinden der Kacheln angewendet werden.

Eine Wiederfindung eines gegebenen (direkt erhaltenen oder aus Schlüsselmaterial für eine Position berechneten) Musters für eine Kachel gilt in dem Ausführungsbeispiel dann als erfolgreich, wenn alle Punkte des Musters nach den vorgenannten Schritten wiedererkannt wurden. Für wiederholte Markierungen über mehrere Kacheln einer Tesselierung können zudem Wahrscheinlichkeiten von Fehlerkennungen berechnet werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten,

wobei

– zumindest ein Bildsegment (1, 2, 3) vorliegt und/oder ermittelt wird,

– innerhalb des zumindest einen Bildsegments (1, 2, 3) eine Vielzahl von Kacheln (a – i) definiert wird, die jeweils einer Teilfläche des Bildsegments (1, 2, 3) entsprechen, und

– Bildeigenschaften zumindest eines Teils der Kacheln (a – i) verändert werden und dadurch eine Markierung der Bilddaten vorgenommen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bildsegment (1, 2, 3) durch eine in sich geschlossen umlaufende Umrisslinie definiert ist oder definiert werden kann. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Bildsegment (1, 2, 3) einem Homogenitätskriterium genügt, d. h. innerhalb des Bildsegments (1, 2, 3) Bildeigenschaften gemäß einem vordefinierten Homogenitätskriterium homogen sind. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei auch das Bildsegment (1, 2, 3) mit den Kacheln (a – i), deren Bildeigenschaften verändert wurden, dem vordefinierten Homogenitätskriterium genügt. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Homogenitätskriterium zumindest einen Grenzwert für die Bildeigenschaften aufweist, der nicht und/oder nur für eine limitierte Anzahl von Bildelementen überschritten werden darf, damit das Bildsegment dem Homogenitätskriterium genügt, und wobei durch die Veränderung der Bildeigenschaften der Grenzwert nicht überschritten wird und/oder die limitierte Anzahl von Bildelementen nicht überschritten wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilddaten zumindest drei der Bildsegmente (1, 2, 3) aufweisen und wobei bei einem Auffinden der Markierung die zumindest drei Bildsegmente (1, 2, 3) dazu verwendet werden, einen Bezug der Bilddaten zu einem Bezugskoordinatensystem herzustellen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Markierung der Bilddaten Bildeigenschaften wie Farbe, Graustufe und/oder Helligkeit von Bildwerten innerhalb der Kacheln (a – i) verändert werden. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt. Computersystem, mit einem Datenträger nach dem vorhergehenden Anspruch. Vorrichtung zur Markierung von zweidimensionalen georeferenzierten Bilddaten, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:

– eine Schnittstelle zum Empfangen der Bilddaten und/oder einen Datenspeicher, in dem die Bilddaten gespeichert sind,

– eine Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung zumindest eines Bildsegments (1, 2, 3) aus den Bilddaten,

– eine Tesselierungseinrichtung zur Definition einer Vielzahl von Kacheln (a – i) innerhalb des zumindest einen Bildsegments (1, 2, 3), wobei die Kacheln (a – i) jeweils einer Teilfläche des Bildsegments (1, 2, 3) entsprechen, und

– eine Markierungseinrichtung, die ausgestaltet ist, Bildeigenschaften zumindest eines Teils der Kacheln (a – i) zu verändern und dadurch eine Markierung der Bilddaten vorzunehmen.






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