一种彩色图像硬拷贝全息水印方法技术

本发明专利技术公开了一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，包括如下步骤：选取大小为n*n的水印图像；生成水印，将水印图像和载体图像二级dwt变换高频分量通过共轭对称延拓拓展并进行DFT处理，得到大小为2n*2n的水印图像的数字全息图；嵌入水印，将水印图像的数字全息图经过DWT变换，将高频HL1部分图像作为待嵌入的水印图像，嵌入在大小为4n*4n的载体图像RGB彩色空间的R部分，形成含水印的载体图像；提取水印，对含水印的载体图像的RGB彩色空间的R部分做二级DWT变换，恢复载体图像中的数字全息图，对数字全息图进行DFT变换并提取幅度信息，得到水印图像。该水印算法为彩色图像的版权保护提供新的有效手段，在印刷防伪领域有一定的实用价值。

A Hardcopy Holographic Watermarking Method for Color Images

【技术实现步骤摘要】
一种彩色图像硬拷贝全息水印方法
本专利技术涉及印刷防伪领域，尤其是一种彩色图像硬拷贝全息水印方法。
技术介绍
数字作品的版权保护技术的发展，尤其是数字水印技术作为其核心的技术，其中抗打印和扫描(PrintandScan,PS)水印算法可应用于印刷物的版权保护中。由于PS过程包括多次数模转换，不同的环境会通过光照变化、颜色变化等影响印刷物，使得保护的作品容易遭受各种攻击，刚性变化等的攻击叠加，难以恢复其中隐藏的水印。因而抗PS水印技术的研究成为重中之重。Ching-YungLin等人于1999年最早研究了抗PS水印技术，此后，在攻克PS导致的各种失真方面开展了一系列研究。但受图像大小限制所嵌入的水印内容占比，嵌入提取的水印技术产业化等难点一直限制水印技术在版权保护中投入使用。计算机和全息两者结合产生的计算全息(ComputerGeneratedHolography,CGH)技术近年来大力发展，特别是在和图像相关的领域。现有的应对方法包括嵌入模版法、嵌入具有自同步特性的水印以及寻找图像特征进行水印同步等。虽然能够部分解决鲁棒性问题，但是仍具有许多不足之处：(1)计算步骤比较复杂、繁琐和难懂，不利于推广使用；(2)缺乏适于各种图像的统一算法，尤其是对彩色图像，且无法保证嵌入水印的容量；(3)多数方法仅限于嵌入二值水印信息，对于灰度水印，通常效果很不好；(4)既有方法大多只能对抗某一个特定攻击，而对于其它攻击类型甚至组合攻击则无法抵御。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，包括如下步骤：步骤一：选取大小为n*n的水印图像；步骤二：生成水印，将水印图像和载体图像二级dwt变换高频分量通过共轭对称延拓拓展并进行DFT处理，得到大小为2n*2n的水印图像的数字全息图；步骤三：嵌入水印，将水印图像的数字全息图经过DWT变换，将高频HL1部分图像作为待嵌入的水印图像，嵌入在大小为4n*4n的载体图像RGB彩色空间的R部分，形成含水印的载体图像；步骤四：提取水印，对含水印的载体图像的RGB彩色空间的R部分做二级DWT变换，恢复出载体图像中的数字全息图，对数字全息图进行DFT变换并提取幅度信息，得到水印图像。进一步的，步骤一中选取的水印图像采用二值水印图像或灰度水印图像。进一步的，步骤二中所述的将水印图像通过共轭对称延拓的方式扩展，并进行DFT处理，得到水印图像的数字全息图，包括如下过程：(1)对水印图像M进行共轭对称延拓扩展，生成扩展水印图像M1；(2)扩展水印图像M1作为幅度与载体图像二级dwt变换高频分量共轭对称延拓生成图像N；(3)对水印图像N进行DFT变换得到水印图像O；(4)对水印图像O进行归一化处理，得到水印图像的数字全息图。进一步的，步骤三中所述的将水印图像的数字全息图嵌入在载体图像RGB彩色空间的R部分，形成包含水印的载体图像包括如下步骤：(1)载体图像预处理，对载体图像的RGB彩色空间的R部分做二级DWT变换，得到颜色分量R、G、B的各自分布图，并提取出颜色分量R的HL2层的小波系数H；(2)对水印图像的数字全息图进行DWT变换提取HL1小波系数W，W即为待嵌入的水印；(3)嵌入水印，对载体图像进行二级DWT变换，得到二级系数HL2、LL2、LH2、HH2，二级小波系数LL2、LH2、HH2保持不变，二级小波系数HL2和W结合，采用如下计算公式：式中std[H]表示H的标准偏差，表示嵌入强度的调节因子，当a＝std[W]/std[H]时，相当于用水印的DWT变换提取HL1部分W直接替换载体图像二级DWT的HL2部分；，为W，H的均值；(4)将与W结合后的二级小波系数HL2和其他三个二级小波系数LL2、LH2、HH2合到一起再逆DWT变换，得到一级小波系数LL1；再将LL1和其他三个一级小波系数LH1、HL1、HH1逆DWT变换，合成含水印信息的R分量，再由含水印信息的R分量、颜色分量G、颜色分量B合成包含水印信息的载体图像。进一步的，步骤四中所述的水印提取具体的包括如下过程：(1)预处理，对含水印的载体图像的R部分做二级DWT变换，得到对应的二级小波系数LL2、LH2、HH2、HL2各层的系数分布；(2)提取水印，提取出HL2层的小波系数，并对小波系数嵌入强度因子来恢复得到数字全息图；(3)恢复水印，对数字全息图进行DFT变换，并提取幅度信息，还原水印图像。进一步的，选择一个小波基使得步骤(1)中的小波系数H和步骤(2)中的小波系数W大小相等。本专利技术的有益效果是：本方法在彩色图像中嵌入全息水印，水印为共轭延拓的全息水印，其不可撕毁性可帮助盲提取出较强的水印信息。通过各种失真校正，可从打印和扫描图像中提取出较好的水印信息，且本方法具有较强的抗裁剪、压缩、噪声等攻击。与同类水印算法相比，获得较高的含水印载体图像的PSNR值，增强了水印鲁棒性，平衡了高鲁棒性和不可见性。附图说明图1为一种彩色图像硬拷贝全息水印方法的流程图；图2为水印图像的数字全息图的生成过程；图3为水印嵌入流程示意图；图4为水印提取流程示意图；图5为水印嵌入提取示意图；图6为嵌入强度因子和含水印图像PSNR示意图；图7为对含水印图像处理后提取的水印示意图；图8为几何攻击及提取的水印示意图；图9为打印和扫描攻击后图像和提取的水印示意图；图10为含水印图像不同程度PS攻击提取的水印列表。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，本方法用图采用国际标准测试图像lena，peppers等，工具为matlab2013b。主要针对裁剪、压缩、噪声还有PS等攻击。载体图像像素为512×512，水印全息图像经过DWT变换后HL1部分的像素大小为128×128。嵌入的水印信息容量较大，当水印为二值图像时，嵌入水印容量为128×128＝16384，因而有效内容16384bit；当水印为灰度图像时，嵌入水印量为128×128×8＝131072，因而有有效内容131072bit。图5图示过程是以lena彩色图作为例子，(a)为lena彩色图；(b)为原始水印图像，以二值笑脸图作为例子；(c)为(b)生成的的全息图；(d)为全息图进过DWT变换后的HL1部分图；(e)为通过HL1部分再现的水印信息；(f)为嵌入水印的lena彩色图像，其PSNR为39.89；(g)在含水印的lena图像(f)中提取的水印信息。水印信息在水印图像中的布局、嵌入强度因子等影响水印效果。当嵌入强度因子降低，含水印的载体图像的PSNR值则增加，但嵌入强度因子过低则很难提取出水印信息，因而选择合适的水印嵌入强度使得水印的鲁棒性和不可见性能够很好地平衡。图6为嵌入强度因子和含水印图像PSNR的示意图，其横坐标为嵌入水印的强度因子，强度因子从0到1.5依次增大，纵坐标载体图像和含水印的图像之间的PSNR值依次减少，曲线并不是单调性的曲线，当嵌入强度因子小于1时PSNR大于37dB。黄素娟等人提出的含水印lena图的PSNR为37.5dB,是一条直线，可知本专利技术的方法在适当的嵌入强度之下，可获得更高的含水印图像的质量。当水印是二值水印时，R为衡量水印鲁棒性的水印相关系数：当水印是灰度水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取大小为n*n的水印图像；步骤二：生成水印，将水印图像和载体图像二级dwt变换高频分量通过共轭对称延拓拓展并进行DFT处理，得到大小为2n*2n的水印图像的数字全息图；步骤三：嵌入水印，将水印图像的数字全息图经过DWT变换，将高频HL1部分图像作为待嵌入的水印图像，嵌入在大小为4n*4n的载体图像RGB彩色空间的R部分，形成含水印的载体图像；步骤四：提取水印，对含水印的载体图像的RGB彩色空间的R部分做二级DWT变换，恢复出载体图像中的数字全息图，对数字全息图进行DFT变换并提取幅度信息，得到水印图像。

【技术特征摘要】
1.一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取大小为n*n的水印图像；步骤二：生成水印，将水印图像和载体图像二级dwt变换高频分量通过共轭对称延拓拓展并进行DFT处理，得到大小为2n*2n的水印图像的数字全息图；步骤三：嵌入水印，将水印图像的数字全息图经过DWT变换，将高频HL1部分图像作为待嵌入的水印图像，嵌入在大小为4n*4n的载体图像RGB彩色空间的R部分，形成含水印的载体图像；步骤四：提取水印，对含水印的载体图像的RGB彩色空间的R部分做二级DWT变换，恢复出载体图像中的数字全息图，对数字全息图进行DFT变换并提取幅度信息，得到水印图像。2.根据权利要求1所述的一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，其特征在于，步骤一中选取的水印图像采用二值水印图像或灰度水印图像。3.根据权利要求1所述的一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，其特征在于，步骤二中所述的将水印图像通过共轭对称延拓的方式扩展，并进行DFT处理，得到水印图像的数字全息图，包括如下过程：(1)对水印图像M进行共轭对称延拓扩展，生成扩展水印图像M1；(2)扩展水印图像M1作为幅度与载体图像二级dwt变换高频分量共轭对称延拓生成图像N；(3)对水印图像N进行DFT变换得到水印图像O；(4)对水印图像O进行归一化处理，得到水印图像的数字全息图。4.根据权利要求1所述的一种彩色图像硬拷贝全息水印方法，其特征在于，步骤三中所述的将水印图像的数字全息图嵌入在载体图像RGB彩色空间的R部分，形成包含水印的载体图像包括如下步骤：(1)载体图像预处理，对载体图像的RGB彩色空间的R部分做二级DWT...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁元辉，吴清乐，
申请(专利权)人：四川大学锦城学院，
类型：发明
国别省市：四川,51