一種基于相息圖的彩色水印的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于相息圖的彩色水印的制備方法，該方法將相息圖應(yīng)用到彩色水印技術(shù)中，相比于傳統(tǒng)的彩色水印技術(shù)，由于相息圖再現(xiàn)時(shí)沒有引入?yún)⒖脊?，再現(xiàn)時(shí)能夠得到單一的再現(xiàn)圖像，且本發(fā)明加入了隨機(jī)相位密鑰，提高了水印信息的安全性，同時(shí)又由于相息圖自身的特點(diǎn)，在魯棒性和安全性上均能達(dá)到較優(yōu)水平。
【專利說明】一種基于相息圖的彩色水印的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種基于相息圖的彩色水印方案，具體涉及到相息圖的制作、離散小 波變換等相關(guān)方法。 技術(shù)背景
[0002] 1993年，Tirkel等人提出數(shù)字水印技術(shù)，在國際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表題為 "Electronicwatermark"的第一篇有關(guān)水印的文章，提出了數(shù)字水印的概念及可能的應(yīng)用， 并針對(duì)灰度圖像提出了兩種向圖像最低有效位中嵌入水印的算法。
[0003] 1968年，J. A. Jordan提出了相息圖用于早期的三維物體顯示，特別適用于顯示那 些數(shù)學(xué)描述已知但實(shí)際不存在的物體形態(tài)。相息圖也可以作為濾波器，用于非相干光的信 息處理中；也可以應(yīng)用相息圖去做相息透鏡。在作光學(xué)變換的多平面處理系統(tǒng)中，采用相息 圖這種位相元件，具體體積小，調(diào)整方便，降低對(duì)光源強(qiáng)度要求的特點(diǎn)。但傳統(tǒng)的相息圖制 作簡單，安全性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 術(shù)語：基于相息圖的彩色水印技術(shù)a robust color watermarking scheme based on kinoform.
[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種基于相息圖的彩色水印方案，使其在魯棒性和安全性均 能達(dá)到較優(yōu)水平。
[0006] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0007] 1)將原始彩色載體圖像和彩色水印圖像所采用的顏色空間轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間；
[0008] 2)根據(jù)非級(jí)聯(lián)迭代加密相息圖算法，將彩色水印的三色通道信息制作成相息圖；
[0009] 3)將上述相息圖嵌入到原始彩色載體圖像中，得到嵌入彩色水印后的圖像。
[0010] 步驟2)的非級(jí)聯(lián)迭代加密相息圖算法（如圖1所示），具體包括：
[0011] 1)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的相位矩陣，作為輸入平面物函數(shù)相位的初始值，彩色 水印圖像矩陣作為輸入平面物函數(shù)振幅的初始值；
[0012] 2)對(duì)輸入復(fù)振幅函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，得到輸出像函數(shù)，對(duì)其幅度譜引 入約束限制條件，使其為常數(shù)，保留期相位譜；
[0013] 3)對(duì)輸出像函數(shù)進(jìn)行逆隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，得到新的輸入物函數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行迭 代循環(huán)，直到輸入函數(shù)滿足系統(tǒng)的收斂條件或者循環(huán)次數(shù)達(dá)到系統(tǒng)的最大值；
[0014] 4)輸入物函數(shù)滿足收斂條件時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出像函數(shù)為純相位函數(shù)，將此純相位 函數(shù)進(jìn)
[0015] 行量化,保存為灰度圖像，即為原始水印信息的相息圖。
[0016] 本發(fā)明為了減少由于缺少了幅度信息而對(duì)相息圖重構(gòu)造成的信息損失，使原始圖 像的信息全部包括在相位中，引入迭代相位恢復(fù)算法。通過在輸入平面和輸出平面加入幅 度限制條件直至輸出結(jié)果收斂，此時(shí)，輸出平面即可的到原始圖像的相位譜信息。
[0017] 本發(fā)明還可以進(jìn)一步生產(chǎn)隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的分?jǐn)?shù)階密鑰和相位密鑰，通過隨 機(jī)化分?jǐn)?shù)傅里葉變換的核函數(shù)，使其特征函數(shù)的特征向量具有隨機(jī)特性，從而達(dá)到加密的 目的。
[0018] 步驟3)的做法是：采用二維離散小波變換嵌入水印方法，具體包括：小波分解將 原始彩色載體圖像進(jìn)行多級(jí)分解，將相息圖的每個(gè)像素值嵌入到相應(yīng)的小波系數(shù)塊中，對(duì) 修改后的小波系數(shù)進(jìn)行逆離散小波變換，即完成了相息圖的嵌入。
[0019] 目前，在數(shù)字水印技術(shù)中，大多數(shù)算法都采用將灰度加密圖像直接嵌入到載體圖 像的空間域中的嵌入算法，這種嵌入方案在抗攻擊方面較差。將相息圖作為水印信息嵌入 載體圖像中，雖然能夠保證魯棒性，但是相比普通的偽隨機(jī)序列水印具有更大的信息量，會(huì) 很大程度上影響載體圖像的視覺效果。本發(fā)明采用的二維離散小波變換嵌入水印，對(duì)小波 域系數(shù)的選擇是能否滿足水印不可感知性的關(guān)鍵所在。
[0020] 本發(fā)明利用相息圖的衍射效率比普通全息圖高的特點(diǎn)，用更少的數(shù)據(jù)來存儲(chǔ)原始 的水印信息。本發(fā)明將彩色相息圖嵌入到彩色載體圖像中，由于嵌入更少的信息，減少對(duì)載 體圖像的修改，提高了圖像的質(zhì)量，且本發(fā)明算法加入了隨機(jī)相位密鑰（提高了水印信息 的安全性），同時(shí)又由于相息圖自身的特點(diǎn)（具有較好的魯棒性），對(duì)于彩色水印技術(shù)在魯 棒性和安全性上均能達(dá)到較優(yōu)水平。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1 :非級(jí)聯(lián)迭代加密相息圖算法流程圖；
[0022] 圖2 :小波域嵌入選擇示意圖；
[0023] 圖3 :非級(jí)聯(lián)迭代加密相息圖安全性檢測示意圖；
[0024] 圖4 :水印提取安全性（正確相位密鑰，不同分?jǐn)?shù)階）檢測圖；
[0025] 圖5 :水印方案魯棒性（抗裁剪攻擊）檢測圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 以原始載體圖像為Lena(256X256)，水印信息為北京大學(xué)?；請D標(biāo)（64X64)為 例，本發(fā)明基于相息圖的彩色水印制備方法包括：
[0027] 1)將原始彩色載體圖像和彩色水印信息轉(zhuǎn)換到RGB空間進(jìn)行處理計(jì)算。
[0028] JPEG采用的是YCrCb顏色空間，而BMP采用的是RGB顏色空間，要想對(duì)BMP圖片進(jìn) 行壓縮，首先需要進(jìn)行顏色空間的轉(zhuǎn)換。YCrCb顏色空間中，Y代表亮度，Cr, Cb則代表色度 和飽和度（也有人將Cb，Cr兩者統(tǒng)稱為色度），三者通常以Y，U，V來表示，即用U代表Cb， 用V代表Cr。RGB和YCrCb之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下所示：
[0029] R = Y+l. 402(Cr-128)
[0030] G = Y-0. 34414(Cb-128)-0? 71414(Cr-128)
[0031] B = Y+l. 772 (Cb-128)
[0032] 2)根據(jù)非級(jí)聯(lián)迭代加密相息圖算法，將水印三色通道信息制作成相息圖。
[0033] 隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的基本原理如下：
[0034] 設(shè)f(x)為物函數(shù)，其a階分?jǐn)?shù)傅里葉變換定義如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于相息圖的彩色水印的制備方法，包括如下步驟： 1) 將原始彩色載體圖像和彩色水印圖像所采用的顏色空間轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間； 2) 根據(jù)非級(jí)聯(lián)迭代加密相息圖算法，將彩色水印的三色通道信息制作成相息圖； 3) 將上述相息圖嵌入到原始彩色載體圖像中，得到嵌入彩色水印后的圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟2)具體包括： 1) 隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的相位矩陣，作為輸入平面物函數(shù)相位的初始值，彩色水印 圖像矩陣作為輸入平面物函數(shù)振幅的初始值； 2) 對(duì)輸入復(fù)振幅函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，得到輸出像函數(shù)，對(duì)其幅度譜引入約 束限制條件，使其為常數(shù)，保留期相位譜； 3) 對(duì)輸出像函數(shù)進(jìn)行逆隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，得到新的輸入物函數(shù)，如果不滿足收斂 條件，則對(duì)得到的新的輸入物函數(shù)進(jìn)行輸入限制條件約束，繼續(xù)進(jìn)行迭代循環(huán)，直到輸入函 數(shù)滿足系統(tǒng)的收斂條件或者循環(huán)次數(shù)達(dá)到系統(tǒng)的最大值； 4) 輸入物函數(shù)滿足收斂條件時(shí),其對(duì)應(yīng)的輸出像函數(shù)為純相位函數(shù)，將此純相位函數(shù) 進(jìn)行量化，保存為灰度圖像，即為原始水印信息的相息圖。
3. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換生產(chǎn)分?jǐn)?shù)階密鑰 和相位密鑰。
4. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)采用二維離散小波變換嵌入水 印方法，具體包括：小波分解將原始彩色載體圖像進(jìn)行多級(jí)分解，將相息圖的每個(gè)像素值嵌 入到相應(yīng)的小波系數(shù)塊中，對(duì)修改后的小波系數(shù)進(jìn)行逆離散小波變換，即完成了相息圖的 嵌入。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK104408682SQ201410691044
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】楊光臨, 趙超亞 申請人:北京大學(xué)