專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法，密鑰所有者可依據(jù)密鑰完全去除水印信號(hào)，恢復(fù)原始圖像信號(hào)，非法用戶則不能在保證圖像質(zhì)量的前提下有效的去除水印信號(hào)，屬于信息安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可見(jiàn)數(shù)字水印是指用具有一定意義的水印以可見(jiàn)的形式嵌入到圖像中，這種水印的表現(xiàn)形式為一個(gè)可見(jiàn)的標(biāo)志，特別適合于標(biāo)識(shí)版權(quán)信息。對(duì)于不可見(jiàn)水印而言，被隱藏的是水印信息，必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)軟件才能提取出水印信息，從而進(jìn)行版權(quán)的判斷，而且任何人都可以完整的獲取含有水印信息的圖像，這在很多應(yīng)用領(lǐng)域是不合適的。例如工程使用的圖紙、表格中的重要數(shù)據(jù)、遙感圖像的經(jīng)緯度坐標(biāo)等，如果非法用戶在取得這些圖像中的重要數(shù)據(jù)后將圖像刪除，那么是找不到任何盜版或侵權(quán)痕跡的。可見(jiàn)數(shù)字水印技術(shù)的本質(zhì)在于它隱藏的不是水印信息，而是被水印信息遮蓋住的那部分重要的原始圖像信息。通過(guò)可見(jiàn)水印，人們一方面能夠憑借視覺(jué)直接進(jìn)行版權(quán)的判斷，另一方面又使得非法用戶雖然能夠獲取完整的含有水印的圖像，但是卻無(wú)法得到圖像中的重要信息，從而達(dá)到了隱藏重要數(shù)據(jù)的目的。
由此可見(jiàn)，在一些應(yīng)用領(lǐng)域可見(jiàn)數(shù)字水印相對(duì)于不可見(jiàn)數(shù)字水印具有一定的優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)于可見(jiàn)數(shù)字水印的研究是具有重要意義的。
可見(jiàn)水印理想的性質(zhì)和與其對(duì)應(yīng)的要求大致有以下幾點(diǎn)(1)無(wú)論是在彩色或單色圖像上，可見(jiàn)水印均應(yīng)很容易看見(jiàn)。這表明所使用的嵌入技術(shù)只能通過(guò)改變圖像的亮度分量來(lái)嵌入水印信號(hào)。除此之外，水印應(yīng)該覆蓋圖像的大部分區(qū)域，并且在所覆蓋的區(qū)域上可見(jiàn)；(2)水印必須在所覆蓋的區(qū)域上半透明地可見(jiàn)，不能明顯破壞所覆蓋區(qū)域的圖像細(xì)節(jié)。 另外，水印的嵌入程度應(yīng)該是變化的，以允許用于不同的目的。換句話說(shuō)，水印一方面要足夠顯眼以阻止非法盜用，另一方面又不能妨礙對(duì)高質(zhì)量圖像細(xì)節(jié)的研究；(3)水印必須不易去掉。去掉水印至少比購(gòu)買(mǎi)使用圖像的版權(quán)更加昂貴和費(fèi)力。這要求水印應(yīng)該能夠抵御自動(dòng)的和系統(tǒng)的移去攻擊，即使使用最先進(jìn)的編輯軟件也要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間；(4)嵌入水印應(yīng)該省時(shí)省力，不需要太多的人工干預(yù)，可見(jiàn)水印處理過(guò)程應(yīng)該極大程度的自動(dòng)化。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有可見(jiàn)水印方法存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明在嵌入端首先對(duì)原始圖像信號(hào)和水印信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使得原始圖像信號(hào)和水印信號(hào)具有相同的大小；其次原始圖像信號(hào)和水印信號(hào)分別進(jìn)行非下采樣Contourlet變換，得到變換域系數(shù)；然后使用用戶密鑰產(chǎn)生與宿主圖像相同大小的嵌入模版，并根據(jù)水印嵌入規(guī)則進(jìn)行水印信號(hào)嵌入；最后進(jìn)行非下采樣Contourlet反變換得到含水印圖像信號(hào)。在檢測(cè)端，本發(fā)明首先將含水印圖像信號(hào)與水印信號(hào)分別進(jìn)行非下采樣Contourlet變換；其次使用相同的用戶密鑰生成水印嵌入模版；然后根據(jù)水印嵌入公式的逆公式，求出原始圖像非下采樣Contourlet變換系數(shù)；最后將相減所得到的變換域圖像進(jìn)行逆非下采樣Contourlet變換，得到原始數(shù)字圖像信號(hào)。
本發(fā)明的一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法包括如下具體步驟I、可見(jiàn)水印加入第一步預(yù)處理，將水印圖像信號(hào)的尺寸調(diào)整到與原始圖像信號(hào)相同大??；第二步分別對(duì)原始圖像信號(hào)和水印圖像信號(hào)進(jìn)行非下采樣Contourlet變換；第三步根據(jù)照度掩模函數(shù)計(jì)算低頻子帶和高頻子帶非下采樣Contourlet變換系數(shù)所對(duì)應(yīng)的拉伸系數(shù)；第四步由于原始圖像信號(hào)與水印圖像信號(hào)的平均亮度不一定相近，為了防止加入水印處理后的結(jié)果圖像信號(hào)與原始圖像信號(hào)在亮度上有明顯差異，在進(jìn)行水印信號(hào)嵌入之前，將水印圖像信號(hào)各個(gè)子帶變換系數(shù)的幅度調(diào)整到與之相應(yīng)的原始圖像信號(hào)變換系數(shù)的幅值一致的范圍內(nèi)；第五步根據(jù)用戶密鑰產(chǎn)生于原始圖像信號(hào)相同大小的嵌入模版；第六步水印按照模版一一對(duì)應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行嵌入，原始圖像信號(hào)的各個(gè)子帶與水印圖像信號(hào)的各個(gè)子帶按下式分別進(jìn)行疊加運(yùn)算，將疊加所得到的變換域圖像進(jìn)行非下采樣 Contourlet變換反變換，最后得到含水印圖像信號(hào)。
2、可見(jiàn)水印去除可見(jiàn)水印的去除過(guò)程為水印嵌入過(guò)程的逆過(guò)程，描述如下第一步將含有水印的圖像信號(hào)與水印圖像信號(hào)分別進(jìn)行非下采樣Contourlet變換； 第二步根據(jù)用戶密鑰產(chǎn)生與水印圖像信號(hào)相同大小的嵌入模版；第三步利用低頻子帶和高頻子帶的拉伸系數(shù)，根據(jù)水印嵌入公式的逆公式，求出原始圖像信號(hào)非下采樣Contourlet變換系數(shù)；第四步將相減所得到的變換域系數(shù)進(jìn)行非下采樣Contourlet變換反變換，得到原始圖像信號(hào)。


圖I為本發(fā)明可見(jiàn)水印嵌入流程2為亮度對(duì)比度敏感性函數(shù)曲線圖3為原始圖像信號(hào)示例圖4為水印信號(hào)示例圖5為不同版本含水印圖像信號(hào)及其差值圖像示例圖6為錯(cuò)誤用戶密鑰下恢復(fù)的圖像信號(hào)示例具體實(shí)施方式
按本發(fā)明的原理，水印嵌入端的具體實(shí)施過(guò)程如下
第一步預(yù)處理，將水印圖像的尺寸調(diào)整到與宿主圖像一樣大??；
第二步分別對(duì)宿主圖像和水印圖像進(jìn)行非下采樣Contourlet變換；
第三步根據(jù)照度掩模函數(shù)計(jì)算低頻子帶和高頻子帶上小波系數(shù)所對(duì)應(yīng)的拉伸系數(shù)；
(I)低頻子帶的拉伸系數(shù)
圖像非下采樣Contourlet變換分解后的各子帶特征各異，低頻子帶是原始圖像低分辨率的表示形式，與原始圖像有相似的直方圖特征，但空間分布更加平坦。本發(fā)明低頻子帶的拉伸系數(shù)和由宿主圖像低頻子帶上的照度掩模函數(shù)確定。照度掩膜函數(shù)值的變化范圍被分別限定在[O. 90，O. 95], [O. 05，O. I]的區(qū)間內(nèi)。這樣處理，在保證對(duì)原始圖像的視覺(jué)真實(shí)度破壞不大的情況下，結(jié)果圖像中的水印具有良好的可見(jiàn)性。(2)高頻子帶的拉伸系數(shù)
在高頻子帶上，我們既考慮了亮度對(duì)人眼視覺(jué)感受的影響，又考慮了圖像局部區(qū)域的活動(dòng)性。因此，同時(shí)需要照度掩膜和局部空間特征來(lái)確定高頻子帶的拉伸系數(shù)。本發(fā)明對(duì)任一高頻子帶非下采樣Contourlet變換系數(shù)所對(duì)應(yīng)的拉伸系數(shù)被限定在區(qū)間[O. I, O. 3]內(nèi)。將拉伸系數(shù)的值調(diào)整到更大的范圍內(nèi)會(huì)使水印在結(jié)果圖像上可見(jiàn)性更好，且更魯棒，但宿主圖像的細(xì)節(jié)損失也更多。第四步由于宿主圖像與水印圖像的平均亮度不一定相近，為了防止水印處理后的結(jié)果圖像與原始圖像在亮度上有明顯差異，在進(jìn)行水印嵌入之前，將水印圖像各個(gè)子帶變換系數(shù)的幅度調(diào)整到與之相應(yīng)的宿主圖像變換系數(shù)的幅值一致的范圍內(nèi)；
第五步根據(jù)用戶密鑰產(chǎn)生于宿主圖像相同大小的嵌入模版；
第六步水印按照模版一一對(duì)應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行嵌入，宿主圖像的各個(gè)子帶與水印圖像的各個(gè)子帶分別進(jìn)行疊加運(yùn)算，將疊加所得到的變換域圖像進(jìn)行非下采樣Contourlet反變換，最后得到重構(gòu)后的結(jié)果圖像?？梢?jiàn)水印的去除過(guò)程為水印嵌入過(guò)程的逆過(guò)程，具體實(shí)施過(guò)程如下
第一步將含有水印的圖像信號(hào)與水印圖像信號(hào)分別進(jìn)行非下采樣Contourlet變換； 第二步根據(jù)用戶密鑰產(chǎn)生與水印圖像信號(hào)相同大小的嵌入模版；
第三步利用低頻子帶和高頻子帶的拉伸系數(shù)，根據(jù)水印嵌入公式的逆公式，求出原始圖像信號(hào)非下采樣Contourlet變換系數(shù)；
第四步將相減所得到的變換域系數(shù)進(jìn)行非下采樣Contourlet變換反變換，得到原始圖像信號(hào)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法，密鑰所有者可依據(jù)密鑰完全去除水印信號(hào)，恢復(fù)原始圖像信號(hào)，非法用戶則不能在保證圖像質(zhì)量的前提下有效的去除水印信號(hào)，屬于信息安全領(lǐng)域，其特征在于包括如下具體步驟 1.在加入端 第一步預(yù)處理，將水印圖像信號(hào)的尺寸調(diào)整到與原始圖像信號(hào)相同大小； 第二步分別對(duì)原始圖像信號(hào)和水印圖像信號(hào)進(jìn)行非下采樣Contourlet變換； 第三步根據(jù)照度掩模函數(shù)計(jì)算低頻子帶和高頻子帶非下采樣Contourlet變換系數(shù)所對(duì)應(yīng)的拉伸系數(shù)； 第四步由于原始圖像信號(hào)與水印圖像信號(hào)的平均亮度不一定相近，為了防止加入水印處理后的結(jié)果圖像信號(hào)與原始圖像信號(hào)在亮度上有明顯差異，在進(jìn)行水印信號(hào)嵌入之前，將水印圖像信號(hào)各個(gè)子帶變換系數(shù)的幅度調(diào)整到與之相應(yīng)的原始圖像信號(hào)變換系數(shù)的幅值一致的范圍內(nèi)； 第五步根據(jù)用戶密鑰產(chǎn)生于原始圖像信號(hào)相同大小的嵌入模版； 第六步水印按照模版一一對(duì)應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行嵌入，原始圖像信號(hào)的各個(gè)子帶與水印圖像信號(hào)的各個(gè)子帶按下式分別進(jìn)行疊加運(yùn)算，將疊加所得到的變換域圖像進(jìn)行非下采樣Contourlet變換反變換，最后得到含水印圖像信號(hào)。
2.在去除端 第一步將含有水印的圖像信號(hào)與水印圖像信號(hào)分別進(jìn)行非下采樣Contourlet變換； 第二步根據(jù)用戶密鑰產(chǎn)生與水印圖像信號(hào)相同大小的嵌入模版； 第三步利用低頻子帶和高頻子帶的拉伸系數(shù)，根據(jù)水印嵌入公式的逆公式，求出原始圖像信號(hào)非下采樣Contourlet變換系數(shù)； 第四步將相減所得到的變換域系數(shù)進(jìn)行非下采樣Contourlet變換反變換，得到原始圖像信號(hào)。
3.如權(quán)利要求書(shū)I和2所述的一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法，在水印加入端生成用戶密鑰的長(zhǎng)度為128位二進(jìn)制比特。
4.如權(quán)利要求書(shū)I和2所述的一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法，在水印加入端非下采樣Contourlet變換的級(jí)數(shù)為[1，2，3]。
5.如權(quán)利要求書(shū)I和2所述的一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法，在水印加入端非下采樣Contourlet變換系數(shù)所對(duì)應(yīng)的拉伸系數(shù)根據(jù)照度掩模函數(shù)計(jì)算。
全文摘要
一種用于向數(shù)字圖像信號(hào)加入和去除數(shù)字水印的方法，密鑰所有者可依據(jù)密鑰完全去除水印信號(hào)，恢復(fù)原始圖像信號(hào)，非法用戶則不能在保證圖像質(zhì)量的前提下有效的去除水印信號(hào)，屬于信息安全領(lǐng)域。在水印嵌入端根據(jù)不同用戶密鑰產(chǎn)生的不同版本的水印信息，然后將水印信息嵌入原始圖像非下采樣Contourlet變換的低高頻系數(shù)之中，最后逆非下采樣Contourlet變換的得到含水印圖像。在檢測(cè)端對(duì)含水印圖像進(jìn)行非下采樣Contourlet變換，利用原始水印信息和用戶密鑰進(jìn)行水印去除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明合法用戶可以完全去除含水印圖像中的水印信息，而非法用戶則不能在保證圖像質(zhì)量的前提下有效去除水印信息。本發(fā)明可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、博物館、遙感等圖像的可見(jiàn)水印的嵌入和去除。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102930499SQ20121046112
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者崔得龍, 弓云峰, 梁松 申請(qǐng)人:崔得龍, 弓云峰, 梁松