彩色qr碼嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種彩色QR碼嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法，結(jié)合彩色QR碼、Contourlet變換技術(shù)、DCT變換技術(shù)、SVD變換技術(shù)，采用彩色QR碼作為原始水印信息。首先將彩色宿主圖像和彩色QR碼水印在RGB空間進(jìn)行三通道分解，對(duì)分解后的三通道的水印分別進(jìn)行混沌加密，然后對(duì)彩色宿主圖像的每個(gè)通道圖像進(jìn)行Contourlet變換，取其低頻進(jìn)行DCT變換，取其直流分量構(gòu)造新矩陣進(jìn)行SVD變換得到奇異值矩陣，最后按對(duì)應(yīng)通道將水印分別嵌入，SVD逆變換，DCT逆變換，Contourlet逆變換后得到含水印的彩色圖像。與現(xiàn)有的彩色水印嵌入彩色圖像的算法相比，本發(fā)明的方法具有較好的不可感知性和較強(qiáng)的魯棒性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
彩色QR碼嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種彩色數(shù)字圖像版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)，特別涉及一種彩色QR碼 嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)的保護(hù)變得越來(lái)越重要。彩色 圖像的版權(quán)保護(hù)是一個(gè)重點(diǎn)。數(shù)字水印技術(shù)為彩色圖像的版權(quán)保護(hù)提供了一條新的途徑。 由于彩色圖像在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)多次傳輸拷貝或破壞會(huì)導(dǎo)致圖像受損，增加了水印提取的難度， 這對(duì)水印的提取有了更高的要求。
[0003] 現(xiàn)階段針對(duì)彩色圖像的數(shù)字水印算法已經(jīng)有很多，但是嵌入的原始水印信息基本 上二值水印圖像或灰度圖像;一些算法具有一定的安全性，但是提取出的水印會(huì)有噪聲或 部分缺失，基本上只能進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)或結(jié)構(gòu)相似度評(píng)價(jià)。大多數(shù)彩色圖像水印算法不能夠 解決彩色水印的嵌入，在一部分彩色水印嵌入的數(shù)字水印算法中，在提取有意義的彩色水 印后，因?yàn)閳D像的損壞，只能進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)來(lái)衡量水印是否存在或水印代表的意義，缺少必 要的說(shuō)服性。
[0004] 彩色QR碼不僅能夠?qū)Π鏅?quán)信息進(jìn)行編碼，作為水印嵌入宿主圖像能夠提高算法的 魯棒性和安全性，并且在提取水印后能夠通過(guò)解碼工具解碼，實(shí)現(xiàn)客觀評(píng)價(jià)和自動(dòng)識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種彩色QR碼嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法，用于 提高彩色水印嵌入彩色圖像水印算法的魯棒性，解決現(xiàn)有算法在客觀評(píng)價(jià)上存在的問(wèn)題； 該方法能夠在嵌入大容量水印的前提下，保證了水印嵌入后宿主圖像的不可感知性，并且 該算法能夠準(zhǔn)確提取出彩色QR碼，使水印算法的魯棒性增強(qiáng)，同時(shí)提供了客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下方案：
[0007] -種彩色QR碼水印嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法，包括彩色QR碼水印嵌 入彩色原始圖像的方法和從含水印彩色圖像中提取水印的方法，其特征在于：
[0008] 1)所述彩色QR碼水印嵌入彩色圖像的方法，包括以下步驟：
[0009] (8)將所要嵌入的信息用QR碼轉(zhuǎn)換器進(jìn)行編碼，得到標(biāo)準(zhǔn)QR二維碼，同時(shí)將其轉(zhuǎn)換 為彩色QR碼；
[0010] (9)彩色QR碼在RGB顏色空間三通道分解，并分別Logistic混沌加密，得到1為和 ffb；
[0011] (1 〇)彩色載體圖像在RGB顏色空間三通道分離，分別為Ir、18和lb;
[0012] (11)對(duì)Ir、ljPIb分別進(jìn)行二級(jí)Contourlet變換，分別取其低頻分量然后分塊進(jìn)行 DCT變換，取DCT變換后的直流分量得到新的矩陣，對(duì)其進(jìn)行SVD變換，分別得到Si、S2、S3;
[0013 ] (12)將加密后的水印信息Wr UPWb分別以乘以加權(quán)系數(shù)疊加到步驟(4)中最后的 奇異值矩陣Si、S2、S3上，再進(jìn)行SVD變換得到奇異值矩陣S4、S5、S6和一正交矩陣U;
[0014] (13)為防SVD算法的虛警率，變換正交矩陣山的大小，得到Uw，將Uw嵌入到某一通道 Contourlet分解后的一高頻信息中；
[0015] (14)對(duì)步驟（5)中得到奇異值矩陣S4、S5、S6進(jìn)行SVD逆變換，DCT逆變換，二級(jí) contourlet逆變換，得到含水印信息的三幅灰度圖，在RGB顏色空間進(jìn)行合并，得到含水印 圖像；
[0016] 2)所述從含水印彩色圖像中提取水印的方法，包括以下步驟：
[0017] A :將含水印圖像在RGB顏色空間三通道分解，并對(duì)每個(gè)通道的圖像進(jìn)行 contourlet變換，得到低頻分量；
[0018] B:提取對(duì)應(yīng)高頻分量Uw'與原有Uw相似性比較和判斷，如果確定相似，繼續(xù)提取水 印，如果不相似，停止提取。
[0019] C:每個(gè)通道單通道分別進(jìn)行水印提取，以R通道為例。對(duì)其Contourlet變換后的低 頻信息進(jìn)行DCT變換，構(gòu)造直流系數(shù)矩陣，對(duì)直流矩陣進(jìn)行SVD變換得到奇異值矩陣，然后進(jìn) 行SVD逆變換得到單通道水印信息，混沌算法解密。
[0020] D:將三通道水印信息在RGB顏色空間上合并，得到彩色QR碼水印。并通過(guò)掃碼工具 對(duì)提取出的彩色QR碼進(jìn)行解碼。
[0021] 上述步驟完成后，對(duì)含水印圖像進(jìn)行常規(guī)圖像攻擊和幾何攻擊測(cè)試。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有的水印技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0023] 本發(fā)明通過(guò)結(jié)合彩色QR碼、混沌之亂技術(shù)、頻域變換技術(shù)和奇異值分解技術(shù)的優(yōu) 點(diǎn)，使得能將大容量彩色QR碼水印嵌入彩色圖像，并且嵌入后的不可感知性較好，普通圖像 處理攻擊和幾何攻擊后，能提取清晰的QR碼并且能夠成功解碼，獲得字符串信息，能夠更準(zhǔn) 確定位版權(quán)信息。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的彩色QR碼水印嵌入流程圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明的水印提取流程圖；
[0026] 圖3是圖1水印嵌入和圖2水印提取的效果圖；
[0027]其中：a為載體圖像，b為原始水印，c為含水印圖像(PSNR = 69.1)，d為提取水印（成 功解碼）；
[0028]圖4是攻擊測(cè)試部分效果圖；
[0029]其中：（a)為JPEG壓縮_30%，（b)為JPEG壓縮_60%，（c)為JPEG壓縮_90%，（d)為剪 切1/4，（ e為)高斯噪聲_0.1，（ f)為椒鹽噪聲_0.3，（ g)為旋轉(zhuǎn)45度，（h)為旋轉(zhuǎn)60度，（i)為旋 轉(zhuǎn)120度，（j)為旋轉(zhuǎn)11度。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的一種彩色QR碼嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水 印方法的優(yōu)選實(shí)施例作詳盡的闡述，但本發(fā)明不僅限于該實(shí)施例。為了使公眾對(duì)本發(fā)明有 徹底的了解，在以下優(yōu)選實(shí)施例中進(jìn)行了具體的步驟說(shuō)明。
[0031] 本發(fā)明的實(shí)施是在Window 8(64位)系統(tǒng)下，選擇彩色Lena圖（大小為2048X2048) 和彩色QR碼水?。ù笮?4\64)，使用1&^1 &&2010&仿真模擬軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。
[0032]如圖1，3所示，將彩色QR碼水印嵌入彩色圖像的方法，包括如下步驟：
[0033]步驟1:彩色載體圖像在RGB顏色空間三通道分離，分別為Ir、UPIb。彩色QR碼在 RGB顏色空間三通道分解，并分別混沌加密變換，得到Wr UPWb;
[0034] 步驟2:對(duì)應(yīng)通道嵌入水印，以R通道為例。對(duì)Ir進(jìn)行contourlet變換，得到低頻分 量Irl和其中一高頻分量Irh。對(duì)Irl進(jìn)行8X8分塊DCT變換，取每塊變換后的直流分量構(gòu)造Dr; [0035] 步驟3:Dr進(jìn)行SVD分解，D^UiS^T，得到奇異值矩陣Si與正交矩陣UjPVi。將水印 Wr疊加到Si矩陣上，并進(jìn)行SVD分解，得SdaWRz^S^T。然后計(jì)算替換直流 分量，DCT逆變換得到R通道低頻信息；（a為水印嵌入系數(shù)，通常取a = 0.1)
[0036]步驟4:為防SVD算法的虛警率。變換正交矩陣山的大小，得到Uw，將Uw嵌入到一高頻 信息Irh中，Irh*=Irh+0Uw。然后進(jìn)行contourlet逆變換，得到嵌入水印后的R通道分量圖像 Ir*; (0 = 0.1)
[0037]步驟5:G通道和B通道按步驟(2)、（3)和(4)嵌入水印和正交矩陣變換后矩陣Uw，分 別得到Ig*和lb*。三通道合成得到嵌入水印后的載體圖像I*;
[0038]如圖2,3所示，從含水印的彩色圖像中提取彩色QR碼水印，包括以下步驟：
[0039]步驟1:將含水印圖像在RGB顏色空間三通道分解，并對(duì)每個(gè)通道的圖像進(jìn)行 contourlet變換，得到低頻分量；
[0040] 步驟2:提取對(duì)應(yīng)高頻分量Uw'與原有Uw相似性比較和判斷，如果確定相似，繼續(xù)提 取水印，如果不相似，停止提??；
[0041] 步驟3:每個(gè)通道單通道分別進(jìn)行水印提取，以R通道為例。對(duì)其低頻信息Irl進(jìn)行 DCT變換，構(gòu)造直流系數(shù)矩陣D r#，對(duì)其SVD分解，Dr** = U3S3V3T。因水印視覺(jué)信息包含在嵌入 水印時(shí)U 2和V2矩陣，所以提取水印Wr* = (UCT-Si) /a;
[0042] 步驟4:按照步驟(3)，取出含水印圖像G通道和B通道的水印Wg*和W b*;
[0043]步驟5:對(duì)提取出的水印分別作混沌加密逆變換，并三通道合并，得到水印圖像Wt。 [0044]參照附圖4,圖4是水印攻擊測(cè)試部分仿真效果圖。
[0045]如圖4所示，對(duì)含水印圖像進(jìn)行JPEG壓縮攻擊、剪切攻擊、高斯噪聲攻擊、椒鹽噪聲 攻擊、任意旋轉(zhuǎn)攻擊進(jìn)行了模擬仿真實(shí)驗(yàn)。下面參看表1，表1是水印攻擊測(cè)試數(shù)據(jù)表格。
[0047]表 1
[0048]如表1所示，PSNR為水印攻擊圖與原圖的峰值信噪比，PSNR越小，說(shuō)明失真越大。由 表格可以看出，在不受攻擊的情況下，含水印圖像與原始宿主圖像的PSNR可達(dá)到69.1，具有 較好的不可感知性;在受到較強(qiáng)的攻擊后，仍然能夠提取出水印并且能夠成功解碼，說(shuō)明算 法具有較強(qiáng)的魯棒性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種彩色QR碼水印嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法，包括彩色QR碼水印嵌入 彩色原始圖像的方法和從含水印彩色圖像中提取水印的方法，其特征在于： 1) 所述彩色QR碼水印嵌入彩色圖像的方法，包括以下步驟： (1) 將所要嵌入的信息用QR碼轉(zhuǎn)換器進(jìn)行編碼，得到標(biāo)準(zhǔn)QR二維碼，同時(shí)將其轉(zhuǎn)換為彩 色QR碼； (2) 彩色QR碼在RGB顏色空間三通道分解，并分別Logistic混沌加密，得到H和Zf6; (3 )彩色載體圖像在RGB顏色空間三通道分離，分別為Λ Λ和Λ; (4) 對(duì)Λ· Λ肩7Λ分別進(jìn)行二級(jí)Contourlet變換，分別取其低頻分量然后分塊進(jìn)行DCT變 換，取DCT變換后的直流分量得到新的矩陣，對(duì)其進(jìn)行SVD變換，分別得到S 1、S2、S3; (5) 將加密后的水印信息t、心和Zf6分別以乘以加權(quán)系數(shù)疊加到步驟(4)中最后的奇異 值矩陣S1、S 2、S3上，再進(jìn)行SVD變換得到奇異值矩陣S4、S5、S6和一正交矩陣U; (6) 為防SVD算法的虛警率，變換正交矩陣￡/ι的大小，得到Λ，將i/r嵌入到某一通道 Contourlet分解后的一高頻信息中； (7 )對(duì)步驟(5 )中得到奇異值矩陣S4、S5、S6進(jìn)行SVD逆變換，DCT逆變換，二級(jí)con tour I e t 逆變換，得到含水印信息的三幅灰度圖，在RGB顏色空間進(jìn)行合并，得到含水印圖像； 2) 所述從含水印彩色圖像中提取水印的方法，包括以下步驟： A:將含水印圖像在RGB顏色空間三通道分解，并對(duì)每個(gè)通道的圖像進(jìn)行contourlet變 換，得到低頻分量； B:提取對(duì)應(yīng)高頻分量&與原有&相似性比較和判斷，如果確定相似，繼續(xù)提取水印，如 果不相似，停止提?。? C:每個(gè)通道單通道分別進(jìn)行水印提取，以R通道為例；對(duì)其Contourlet變換后的低頻信 息進(jìn)行DCT變換，構(gòu)造直流系數(shù)矩陣，對(duì)直流矩陣進(jìn)行SVD變換得到奇異值矩陣，然后進(jìn)行 SVD逆變換得到單通道水印信息，混沌算法解密； D:將三通道水印信息在RGB顏色空間上合并，得到彩色QR碼水印；并通過(guò)掃碼工具對(duì)提 取出的彩色QR碼進(jìn)行解碼。2. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的彩色QR碼水印嵌入彩色圖像的強(qiáng)魯棒性數(shù)字水印方法，其特 征在于:上述步驟完成后，對(duì)含水印圖像進(jìn)行常規(guī)圖像攻擊和幾何攻擊測(cè)試。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK105931174SQ201610223794
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】魏代海, 王曉紅, 孫業(yè)強(qiáng), 王禹琛, 劉麗麗, 劉玄玄, 麻祥才, 郭少東, 李 杰, 況盛坤, 洪建華
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)