Levenberg–Marquardt deep neural watermarking for 3D mesh using nearest centroid salient point learning
- 1. Vellore Institute of Technology University
- 2. University of Technology Sydney
Description
Abstract Watermarking is one of the crucial techniques in the domain of information security, preventing the exploitation of 3D Mesh models in the era of Internet. In 3D Mesh watermark embedding, moderately perturbing the vertices is commonly required to retain them in certain pre-arranged relationship with their neighboring vertices. This paper proposes a novel watermarking authentication method, called Nearest Centroid Discrete Gaussian and Levenberg–Marquardt (NCDG–LV), for distortion detection and recovery using salient point detection. In this method, the salient points are selected using the Nearest Centroid and Discrete Gaussian Geometric (NC–DGG) salient point detection model. Map segmentation is applied to the 3D Mesh model to segment into distinct sub regions according to the selected salient points. Finally, the watermark is embedded by employing the Multi-function Barycenter into each spatially selected and segmented region. In the extraction process, the embedded 3D Mesh image is extracted from each re-segmented region by means of Levenberg–Marquardt Deep Neural Network Watermark Extraction. In the authentication stage, watermark bits are extracted by analyzing the geometry via Levenberg–Marquardt back-propagation. Based on a performance evaluation, the proposed method exhibits high imperceptibility and tolerance against attacks, such as smoothing, cropping, translation, and rotation. The experimental results further demonstrate that the proposed method is superior in terms of salient point detection time, distortion rate, true positive rate, peak signal to noise ratio, bit error rate, and root mean square error compared to the state-of-the-art methods.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعد العلامة المائية المجردة واحدة من التقنيات الحاسمة في مجال أمن المعلومات، مما يمنع استغلال نماذج الشبكة ثلاثية الأبعاد في عصر الإنترنت. في تضمين العلامة المائية الشبكية ثلاثية الأبعاد، عادة ما يكون الاضطراب المعتدل للرؤوس مطلوبًا للاحتفاظ بها في علاقة معينة مرتبة مسبقًا مع الرؤوس المجاورة لها. تقترح هذه الورقة طريقة مصادقة جديدة للعلامة المائية، تسمى Nearest Centroid Discrete Gaussian and Levenberg - Marquardt (NCDG - LV)، للكشف عن التشوهات واستعادتها باستخدام الكشف عن النقاط البارزة. في هذه الطريقة، يتم اختيار النقاط البارزة باستخدام أقرب نموذج للكشف عن النقاط البارزة المركزية والغاوسية الهندسية المنفصلة (NC - DGG). يتم تطبيق تجزئة الخريطة على نموذج الشبكة ثلاثية الأبعاد لتقسيمها إلى مناطق فرعية متميزة وفقًا للنقاط البارزة المحددة. وأخيرًا، يتم تضمين العلامة المائية من خلال استخدام مركز باري متعدد الوظائف في كل منطقة مختارة مكانيًا ومجزأة. في عملية الاستخراج، يتم استخراج صورة الشبكة ثلاثية الأبعاد المضمنة من كل منطقة معاد تقسيمها عن طريق استخراج العلامة المائية للشبكة العصبية العميقة Levenberg - Marquardt. في مرحلة المصادقة، يتم استخراج بتات العلامة المائية من خلال تحليل الهندسة عبر الانتشار الخلفي لـ Levenberg - Marquardt. بناءً على تقييم الأداء، تُظهر الطريقة المقترحة عدم إدراك وتحمل كبيرين ضد الهجمات، مثل التمهيد والقص والترجمة والتناوب. تُظهر النتائج التجريبية كذلك أن الطريقة المقترحة متفوقة من حيث وقت اكتشاف النقطة البارزة، ومعدل التشوه، والمعدل الإيجابي الحقيقي، ونسبة إشارة الذروة إلى الضوضاء، ومعدل خطأ البت، والخطأ التربيعي لمتوسط الجذر مقارنة بالطرق الحديثة.Translated Description (French)
Le tatouage abstrait est l'une des techniques cruciales dans le domaine de la sécurité de l'information, empêchant l'exploitation des modèles de maillage 3D à l'ère d'Internet. Dans l'intégration de filigranes 3D Mesh, il est généralement nécessaire de perturber modérément les sommets pour les conserver dans une certaine relation pré-arrangée avec leurs sommets voisins. Cet article propose une nouvelle méthode d'authentification par filigrane, appelée Nearest Centroid Discrete Gaussian and Levenberg–Marquardt (NCDG-LV), pour la détection et la récupération de distorsion à l'aide de la détection de point saillant. Dans cette méthode, les points saillants sont sélectionnés à l'aide du modèle de détection des points saillants du centre de gravité le plus proche et de la géométrie gaussienne discrète (NC-DGG). La segmentation de la carte est appliquée au modèle de maillage 3D pour segmenter en sous-régions distinctes en fonction des points saillants sélectionnés. Enfin, le filigrane est intégré en utilisant le barycentre multifonction dans chaque région sélectionnée et segmentée spatialement. Dans le processus d'extraction, l'image de maillage 3D intégrée est extraite de chaque région re-segmentée au moyen de l'extraction de filigrane de réseau neuronal profond Levenberg–Marquardt. Dans l'étape d'authentification, les bits de filigrane sont extraits en analysant la géométrie via la rétropropagation de Levenberg–Marquardt. Sur la base d'une évaluation des performances, le procédé proposé présente une grande imperceptibilité et une grande tolérance aux attaques, telles que le lissage, le recadrage, la translation et la rotation. Les résultats expérimentaux démontrent en outre que le procédé proposé est supérieur en termes de temps de détection de point saillant, de taux de distorsion, de taux positif réel, de rapport signal sur bruit de crête, de taux d'erreur binaire et d'erreur quadratique moyenne par rapport aux procédés de l'état de la technique.Translated Description (Spanish)
Resumen La marca de agua es una de las técnicas cruciales en el dominio de la seguridad de la información, evitando la explotación de los modelos de malla 3D en la era de Internet. En la incrustación de marcas de agua de malla 3D, comúnmente se requiere perturbar moderadamente los vértices para retenerlos en cierta relación preestablecida con sus vértices vecinos. Este documento propone un nuevo método de autenticación de marcas de agua, llamado Nearest Centroid Discrete Gaussian and Levenberg–Marquardt (NCDG-LV), para la detección y recuperación de distorsiones mediante la detección de puntos salientes. En este método, los puntos salientes se seleccionan utilizando el centroide más cercano y el modelo de detección de puntos salientes geométrico gaussiano discreto (NC-DGG). La segmentación del mapa se aplica al modelo de malla 3D para segmentar en distintas subregiones de acuerdo con los puntos destacados seleccionados. Finalmente, la marca de agua se incrusta empleando el Baricentro multifunción en cada región espacialmente seleccionada y segmentada. En el proceso de extracción, la imagen de malla 3D incrustada se extrae de cada región re segmentada por medio de la extracción de marcas de agua de la red neuronal profunda de Levenberg–Marquardt. En la etapa de autenticación, los bits de la marca de agua se extraen analizando la geometría a través de la retropropagación de Levenberg–Marquardt. Sobre la base de una evaluación del rendimiento, el método propuesto muestra una alta imperceptibilidad y tolerancia contra los ataques, como el suavizado, el recorte, la traslación y la rotación. Los resultados experimentales demuestran además que el método propuesto es superior en términos de tiempo de detección del punto saliente, tasa de distorsión, tasa positiva verdadera, relación señal/ruido pico, tasa de error de bits y error cuadrático medio en comparación con los métodos del estado de la técnica.Files
s41598-024-57360-z.pdf.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d07c782914eb582fab6cb01bca8fff48
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ليفنبرغ- ماركاردت وضع علامة مائية عصبية عميقة للشبكة ثلاثية الأبعاد باستخدام أقرب نقطة بارزة مركزية للتعلم
- Translated title (French)
- Filigrane neuronal profond de Levenberg–Marquardt pour maillage 3D à l'aide de l'apprentissage du point saillant centroïde le plus proche
- Translated title (Spanish)
- Marca de agua neuronal profunda de Levenberg–Marquardt para malla 3D utilizando el aprendizaje del punto saliente del centroide más cercano
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4393115693
- DOI
- 10.1038/s41598-024-57360-z
References
- https://openalex.org/W2001743912
- https://openalex.org/W2343888462
- https://openalex.org/W2569603709
- https://openalex.org/W2727505277
- https://openalex.org/W2809685023
- https://openalex.org/W2881924354
- https://openalex.org/W2885572497
- https://openalex.org/W2895144527
- https://openalex.org/W2904738620
- https://openalex.org/W2908628515
- https://openalex.org/W2943140214
- https://openalex.org/W2957086531
- https://openalex.org/W2996855898
- https://openalex.org/W3008669042
- https://openalex.org/W3088984785
- https://openalex.org/W3135132438
- https://openalex.org/W4200586485
- https://openalex.org/W4205308528
- https://openalex.org/W4281873492
- https://openalex.org/W4286373666
- https://openalex.org/W4311099598