目前,数字产品的版权保护问题和认证完整性变得日趋重要。自20世纪90年代初以来,数字水印技术已受到国内外学术界的广泛关注,并且已经取得显著的成果,但是作为一个新的研究领域,数字水印技术仍有很多理论和技术问题需要解决。本文围绕目前数字水印领域存在的一些问题开展了研究,并通过双稳态等非线性系统来提取水印,验证在多种攻击下系统的鲁棒性。首先,基于随机共振理论进行设计数字图像水印算法,将水印信息调制为二进制脉冲幅值调制信号,然后选取图像DCT频域系数进行置乱,按照加性数字水印的嵌入算法,对图像的数字水印信息进行了加密。依据水印信息的特点,采用非线性检测器,如双稳态系统,来进行检测水印,这种非线性检测器具有较好的鲁棒性,可以很好的恢复水印。另外,我们又用阵列双稳态系统实验,进一步改进方法。实验表明,阵列双稳态系统对于JPEG压缩和剪切等多种攻击具有较好的鲁棒性。我们也利用了一种饱和检测器来进行检测水印,也取得了很好的检测结果。进一步地,我们通过编码的方式重新嵌入水印,用这种改进的数字水印嵌入算法将水印嵌入到原始图像中,通过阵列噪声增强技术,提取水印和原始水印字符的相似度与单独的双稳态检测器检测结果相比得到了进一步改善。本文研究的结果是复杂随机系统在信息处理中的一个新拓展。