针对三维医学影像的版权保护问题，以及随着待保护图像数量增加而导致的水印存储容量同步增加的问题，提出了一种基于光线投射采样和极复指数矩的三维医学影像鲁棒性零水印算法。首先，提出了一种基于光线投射的采样算法，对多张二维医学图像序列构成的三维医学影像进行特征采样并在二维图像空间中进行描述；其次，提出了一种针对三维医学影像的鲁棒性零水印算法，所提算法通过光线投射采样获取三维医学影像的冠状面、矢状面和横切面的3个二维特征图像，将3个二维特征图像进行极复指数变换获得四元数正交矩；最后，使用四元数正交矩和Logistic混沌加密构建零水印信息。仿真实验结果表明，在各种常见的图像处理攻击和几何攻击下所提算法能够保持零水印提取的比特正确率在0.920 0以上，水印存储容量随着三维医学影像的数据增多而提升，与其他优秀的二维医学图像零水印算法相比，所提算法的存储容量至少提升了93.75%。
