一种含密美化QR码认证的方法技术

本发明专利技术公开了一种含密美化QR码认证的方法，本发明专利技术生成步骤如下：对输入的背景图像二值化生成参考QR码；根据RS码建立正向基矩阵，通过高斯约旦消元法生成反向基矩阵；利用正反向基矩阵对QR码优先级高的模块进行黑白翻转，得到过渡QR码图像；针对模块中小方格的亮度调整对模块属性判断；对模块亮度调整并结合其它两个通道生成美化QR码图像；将美化QR码与数字水印防伪技术结合起来生成含密美化QR码。本发明专利技术采用美化QR码，使标签携带大量的产品信息并提高包装的美观性，在美化QR码的基础上添加数字水印，增强了QR码的防伪性能，并且将QR码与数字水印防伪技术结合起来，将大大提高防伪性能。

A method for authentication of QR code containing dense and beautified features

The invention discloses a method for authentication of encrypted and beautified QR codes. The generating steps of the invention are as follows: generating reference QR codes by binarizing input background images; establishing forward base matrix according to RS codes; generating inverse base matrix by Gauss-Jordan elimination method; reversing black and white of modules with high priority of QR codes by using forward and reverse base matrices The transition QR code image is obtained; the module attribute is judged according to the brightness adjustment of the small square in the module; the module brightness adjustment is combined with the other two channels to generate the beautified QR code image; the beautified QR code is combined with the digital watermark anti-counterfeiting technology to generate the encrypted beautified QR code. The invention adopts beautifying QR code, so that the label carries a large amount of product information and improves the aesthetics of packaging, adds digital watermark on the basis of beautifying QR code, enhances the anti-counterfeiting performance of QR code, and combines QR code with digital watermark anti-counterfeiting technology, which will greatly improve the anti-counterfeiting performance.

【技术实现步骤摘要】
一种含密美化QR码认证的方法
本专利技术属于QR码
，提供一种含密美化QR码认证的方法。一种包括背景图像和QR码融合及嵌入数字水印达到QR码真伪认证的方法。
技术介绍
随着互联网时代来临以及智能手机的普及，QR码在日常生活中随处可见，而目前QR码作为移动互联网的入口之一，凭借其制作方便，存储容量大以及扫描稳定等特点，已经成为最常使用的二维码。在移动支付中，QR码作为秘密信息的载体充当着重要的角色，其主要原因是QR码尺寸小、携带方便和数据存储量大等优点。但QR码没有防复制功能，攻击者能够篡改QR码的数据信息，而这些信息往往都是个人和商家的银行账户信息，一旦被篡改，就会发生经济上的损失，而篡改后的QR码人眼难以鉴别真伪。鉴于上述提到的问题，近年来诞生了使用QR码美化技术与其它码制相结合实现QR码真伪认证策略。数字水印技术是指采用信息隐藏的处理方法，在数字多媒体数据(图像、音频、视频等)嵌入某些特殊的保密信息，用于证明多媒体数据的版权或真伪。将QR码图嵌入数字水印，从QR码检测水印新正确与否来证明改QR码是否经过篡改，从而实现QR码认证的目的。由于数字水印具有不可见性，不影响原始图像的视觉效果，将QR码美化技术与数字水印防伪技术相结合，生成含密美化QR码，其中通过修改正反向基矩阵来实现QR码美化效果，同时在美化QR码选取一部分区域进行水印的嵌入，将数字水印嵌入到美化QR码中，可以在兼顾美化QR码的解码稳定性的前提下，达到QR码真伪认证的目的，同时背景图的美化效果作为水印嵌入区域降低了攻击者注意，增强QR码的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种含密美化QR码认证的方法，使得使生成的QR码不但具有良好的视觉效果又能检测出数字水印来证明QR码的真伪。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1：生成参考QR码；1-1.针对输入的背景图像I，将其灰度化并得到灰度图像Ig；1-2.将灰度图像Ig按照原始QR码的模块结构进行分块，并计算每个分块的平均值来进行阈值化处理，由此生成一幅二值图Im；1-3.保持原始QR码的符号信息模块和有效数据模块不变，其余模块由二值图Im相应部分进行替换，得到一幅参考QR码Qi；步骤2：构建正反向基矩阵；由于QR码是由RS码进行编码，根据RS码编码规则建立矩阵，称其为正向基矩阵，并根据正向基矩阵，通过高斯约旦消元法生成反向基矩阵；步骤3：生成过渡QR码；利用Sobel算子提取Ig的边缘信息记为E，利用图割算法提取Ig的显著性区域记为S，同时加入每个模块的距离信息记为D，将上述三个指标结合起来为每个模块赋予一个优先级；并根据此优先级，利用正反向基矩阵对Qi优先级高的模块进行黑白翻转，得到过渡QR码图像Qb，使其能最大程度接近用户指定的背景图像；步骤4：模块属性判断；根据Qb版本V和纠错等级C，以及模块边长w，将背景图像I缩放到(17+4V)×w大小的图像记为I，并将I转换到LAB空间，提取L通道，记为L；接着将L按照模块的边长w分割成一系列的小方格，每一个方格的边长是w，然后计算每个小方格的平均亮度值，并与Qb对应模块进行比较；根据预先指定的QR码黑白模块的解码阈值，确定小方格的亮度调整趋势是增加还是减少，以此作为小方格的属性；步骤5：模块亮度调整；根据步骤4确定的小方格的属性，对背景图像的L通道进行亮度调整，以满足解码器采样要求；接着，将QR码的符号以及版本信息对应的区域覆盖亮度调整后的相应区域L上，并结合其它两个通道生成美化QR码图像。步骤6：嵌入水印；根据步骤5生成的美化QR码图像，在美化QR码上嵌入数字水印，具体：将选取的美化QR码图像的中心区域进行频域变换，将防伪码的比特流作为水印信息嵌入到该中心区域的中频系数上，嵌入模型是加法模型，嵌入强度和次数根据鲁棒性要求进行增加；其中的防伪码是有限位数的六进制数字，其中，防伪码被编码成01比特流。相对于现有技术，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术是一种构造新型含密QR码图像的处理方法，将QR码与数字水印防伪技术结合起来：生成含密美化二维码数字图像；防伪码编码加密后，以数字水印的方法隐藏在图像中，使美化二维码具有含密认证的新型防伪形式；识别时通过智能手机软件算法，防伪码信息经过译码解密，将大大提高防伪性能。本专利技术的水印载体图像是美化二维码，该美化二维码的生成方法能够利用码字结构特点、纠错编码机制的冗余并结合显著性检测技术，避免视觉重心区域被噪声模块遮挡。另外，还提出了基于正反向基替换规则，可以修改QR码的数据区和校验区，使背景图中显著性区域得到很好地展示。该方法不仅能生成视觉效果较好的美化二维码，同时嵌入数字水印信息用于QR码防伪，具有美化和隐蔽性的统一，增强了QR码的防伪性能，很好地解决了QR码的认证问题。附图说明图1是本专利技术生成二值QR码的流程图；图2是本专利技术对二值QR码添加水印的流程图；图3(a)、(b)、(c)是RS码在QR码中的分布示意图；图4是正向基向量示意图；图5是反向基向量示意图；图6是模块优先级量化过；图7(a)-7(f)是生成的二值QR码样例示意图；其中：图7(a)原图(彩色)；图7(b)边缘检测结果；图7(c)显著性检测结果图；7(d)像素距离权重；图7(e)像素优先级；图7(f)模块优先级；图8(a)-8(d)是生成的二值QR码样例示意图；其中：图8(a)5-L版本；图8(b)15-L版本；图8(c)25-L版本；图8(d)35-L版本；图9对二值QR码进行彩色渲染的结果样例。图10对二值QR码彩色渲染后加入水印的结果样例。图11对图9中二值QR码截取部分区域加入水印后平移系数得到频谱图。具体实施方式以下通过结合附图对本专利技术实施例进一步说明，但本专利技术所述的实施例是说明性的，而不是限定性的。一种含密美化QR码认证的方法，具体包括如下步骤：步骤1：生成参考QR码步骤2：构建正反向基矩阵步骤3：生成过渡QR码步骤4：模块属性判断步骤5：模块亮度调整步骤6：嵌入水印步骤1所述的生成参考QR码，具体实现如下：1-1.针对输入的尺寸为n×n的背景图像I，将其灰度化并得到灰度图像Ig；1-2.按照QR码的模块长度，将灰度图像Ig按照原始QR码的模块结构进行分块，并计算每个分块的平均值来进行阈值化处理，由此生成一幅二值图Im，具体的：设每个模块的大小是m×m，将灰度图像Ig平均分成(n/m)2个子图，对于第i个子图，将其记为对于使用公式1进行二值化，得到其中，x和y是每个像素在背景图像的坐标(x和y的值限制在每一个子图内)，W(x,y)代表像素点在一个模块中的采样权重。解码时，解码器对获取的拍照QR码图像模块分块，并使用模块中心的像素作为采样的值。但实际摄像头拍摄到的QR码图像会有变形、失真，所以解码器在对QR码图像进行降采样的时候，采样区域可能会发生偏移，即解码器的采样结果不但与模块中心区域像素有关，还受到周围像素的影响。为此将W(x,y)设置为高斯函数来模拟解码器的解码过程，其中cx，cy表示每个模块的中心坐标，W(x,y)是每个模块在(x,y)位置上的权重值。如公式2所示。1-3.通过公式1对背景图像进行二值化，同时保持原始QR码的符号信息模块和有效数据模块不变，其余模块由二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含密美化QR码认证的方法，其特征在于具体包括如下步骤：步骤1：生成参考QR码；1‑1.针对输入的背景图像I，将其灰度化并得到灰度图像Ig；1‑2.将灰度图像Ig按照原始QR码的模块结构进行分块，并计算每个分块的平均值来进行阈值化处理，由此生成一幅二值图Im；1‑3.保持原始QR码的符号信息模块和有效数据模块不变，其余模块由二值图Im相应部分进行替换，得到一幅参考QR码Qi；步骤2：构建正反向基矩阵；由于QR码是由RS码进行编码，根据RS码编码规则建立矩阵，称其为正向基矩阵，并根据正向基矩阵，通过高斯约旦消元法生成反向基矩阵；步骤3：生成过渡QR码；利用Sobel算子提取Ig的边缘信息记为E，利用图割算法提取Ig的显著性区域记为S，同时加入每个模块的距离信息记为D，将上述三个指标结合起来为每个模块赋予一个优先级；并根据此优先级，利用正反向基矩阵对Qi优先级高的模块进行黑白翻转，得到过渡QR码图像Qb，使其能最大程度接近用户指定的背景图像；步骤4：模块属性判断；根据Qb版本V和纠错等级C，以及模块边长w，将背景图像I缩放到(17+4V)×w大小的图像记为I，并将I转换到LAB空间，提取L通道，记为L；接着将L按照模块的边长w分割成一系列的小方格，每一个方格的边长是w，然后计算每个小方格的平均亮度值，并与Qb对应模块进行比较；根据预先指定的QR码黑白模块的解码阈值，确定小方格的亮度调整趋势是增加还是减少，以此作为小方格的属性；步骤5：模块亮度调整；根据步骤4确定的小方格的属性，对背景图像的L通道进行亮度调整，以满足解码器采样要求；接着，将QR码的符号以及版本信息对应的区域覆盖亮度调整后的相应区域L上，并结合其它两个通道生成美化QR码图像；步骤6：嵌入水印；根据步骤5生成的美化QR码图像，在美化QR码的中心区域进行频域变换，将防伪码的比特流作为水印信息嵌入频域变换后的中频系数上，嵌入模型是加法模型，嵌入强度和次数可以根据鲁棒性要求进行增加；其中的防伪码是有限位数的六进制数字，防伪码被编码成01比特流。...

【技术特征摘要】
1.一种含密美化QR码认证的方法，其特征在于具体包括如下步骤：步骤1：生成参考QR码；1-1.针对输入的背景图像I，将其灰度化并得到灰度图像Ig；1-2.将灰度图像Ig按照原始QR码的模块结构进行分块，并计算每个分块的平均值来进行阈值化处理，由此生成一幅二值图Im；1-3.保持原始QR码的符号信息模块和有效数据模块不变，其余模块由二值图Im相应部分进行替换，得到一幅参考QR码Qi；步骤2：构建正反向基矩阵；由于QR码是由RS码进行编码，根据RS码编码规则建立矩阵，称其为正向基矩阵，并根据正向基矩阵，通过高斯约旦消元法生成反向基矩阵；步骤3：生成过渡QR码；利用Sobel算子提取Ig的边缘信息记为E，利用图割算法提取Ig的显著性区域记为S，同时加入每个模块的距离信息记为D，将上述三个指标结合起来为每个模块赋予一个优先级；并根据此优先级，利用正反向基矩阵对Qi优先级高的模块进行黑白翻转，得到过渡QR码图像Qb，使其能最大程度接近用户指定的背景图像；步骤4：模块属性判断；根据Qb版本V和纠错等级C，以及模块边长w，将背景图像I缩放到(17+4V)×w大小的图像记为I，并将I转换到LAB空间，提取L通道，记为L；接着将L按照模块的边长w分割成一系列的小方格，每一个方格的边长是w，然后计算每个小方格的平均亮度值，并与Qb对应模块进行比较；根据预先指定的QR码黑白模块的解码阈值，确定小方格的亮度调整趋势是增加还是减少，以此作为小方格的属性；步骤5：模块亮度调整；根据步骤4确定的小方格的属性，对背景图像的L通道进行亮度调整，以满足解码器采样要求；接着，将QR码的符号以及版本信息对应的区域覆盖亮度调整后的相应区域L上，并结合其它两个通道生成美化QR码图像；步骤6：嵌入水印；根据步骤5生成的美化QR码图像，在美化QR码的中心区域进行频域变换，将防伪码的比特流作为水印信息嵌入频域变换后的中频系数上，嵌入模型是加法模型，嵌入强度和次数可以根据鲁棒性要求进行增加；其中的防伪码是有限位数的六进制数字，防伪码被编码成01比特流。2.根据权利要求1所述的一种融合图像后与含密QR码的方法，其特征在于步骤1-2二值图的生成具体如下：设每个模块的大小是m×m，将灰度图像Ig平均分成(n/m)2个子图，对于第i个子图，将其记为对于使用公式1进行二值化，得到其中，x和y是每个像素在背景图像的坐标(x和y的值限制在每一个子图内)，W(x,y)代表像素点在一个模块中的采样权重；将W(x,y)设置为高斯函数来模拟解码器的解码过程，其中cx，cy表示每个模块的中心坐标，W(x,y)是每个模块在(x,y)位置上的权重值：3.根据权利要求2所述的一种融合图像后与含密QR码的方法，其特征在于步骤2所述的构建正反向基矩阵，具体实现如下：将长度为n的RS码记为[n,k]，其包含k个数据位，t个校验数据位,t＝n-k；QR码中RS码的编码机制如下所述：2-1.编码器会根据输入文本信息的长度，选择合适的QR码版本和纠错等级；2-2.对输入的文本信息进行编码，将文本信息对应的数据流称为有效数据流，长度为q；如果有效数据流的长度q小于k，编码器会在有效数据流之后填充长度为p的冗余数据用来占满整个数据空间，使k＝p+q；2-3.编码器会根据k位数据流，计算并产生长度为t的校验字节流；2-4.编码器将长度为n的RS码的比特流结合定位图形以及符号信息，按照码字分布规律放置在QR码矩阵上；其中，比特流包括q个有效数据位，p个填充数据位和t个校验数据位。4.根据权利要求3所述的一种融合图像后与含密QR码的方法，其特征在于所述的正向基向量是由长度为k的数据比特流和长度为t的校验比特流组成；其中，在数据流中仅仅只有第i个比特为1，1≤i≤k，其他位都为0；每一个基向量都是合法的RS码；正向基矩阵记为Mf，是由正向基向量bi构成，Mf被用来更改RS码的数据区，表示成公式3的形式，其中Ik是k阶单位矩阵，k×t的矩阵P是由基向量的RS码校验比特流组成的校验矩阵；由于RS码的数学运算是定义在伽罗华域上的，伽罗华域的加减操作与异或操作等价，在正向基矩阵Mf上进行高斯约旦消元，通过行交换和行异或操作将正向基矩阵Mf的校验矩阵P，化简成行阶梯最简形It，能够得到反向基矩阵Mr；反向基矩阵的结构与正向基矩阵的结构相似，其中，每一行是一个反向基向量cj，其中1≤j≤t；cj表明在校验比特流中，其第j个比特是1其余位为0；Mr用来修改RS码的校验区，表示成如公式5的形式：这里It是t阶单位矩阵，t×k的矩阵R是与反向基矩阵Mr对应的数据区。5.根据权利要求4所述的一种融合图像后与含密QR码的方法，其特征在于步骤3所述的生成过渡QR码，具体实现如下：3-1.将背景图像的边缘信息、显著性信息、像素的距离信息结合起来，得到一个线性评价QR码模块优...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，吴国峰，
申请(专利权)人：南京风力舰信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32