專利名稱：一種基于數(shù)字水印的文件防偽方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種文件防偽技術(shù)及其裝置，尤其涉及一種利用數(shù)字水印技術(shù)對證件進(jìn)行防偽的技術(shù)及其實(shí)施該技術(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
信息技術(shù)的發(fā)展和高質(zhì)量圖象輸入輸出設(shè)備的進(jìn)步，特別是高精度彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度掃描儀的普及，在為人們的工作和生活帶來了許多便利的同時(shí)，也使身份證、學(xué)位證、畢業(yè)證、工作證、護(hù)照、駕照等各種與身份有關(guān)證件的偽造及篡改變得越來越容易。利用假證件進(jìn)行違法活動(dòng)的案例屢見不鮮，有關(guān)資料顯示，在美國，每年有約50萬人受害于假文件、假證件，直接或間接財(cái)政損失約有7.5億美元。在中國國內(nèi)證件造假的非法活動(dòng)逐年呈上升趨勢。我國政府在采取一系列措施打擊假冒偽造的同時(shí)，也在大力發(fā)展多種多樣的防偽技術(shù)，如激光打印和光刻、激光全息圖、激光防偽、特制水印紙防偽、熒光防偽、磁性防偽及各種油墨防偽等。這些防偽技術(shù)在一定程度上起到了防偽作用。但由于現(xiàn)代新技術(shù)的飛速發(fā)展，偽造者的仿造技術(shù)水平也在不斷提高，使仿造這些防偽標(biāo)識物成為可能。由此可見，印刷防偽技術(shù)必須突破材料、設(shè)計(jì)和專用印刷技術(shù)的局限性，增加高科技含量，才能提高證件的防偽性能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已有利用數(shù)字圖象版權(quán)保護(hù)和認(rèn)證的數(shù)字水印技術(shù)，但是在一般如證件這樣的最終要經(jīng)過打印輸出形成印刷品。因此，現(xiàn)有的數(shù)字水印認(rèn)證過程在抵抗打印—掃描過程引起的圖象的幾何畸變和像素值嚴(yán)重失真方面還存在諸多問題。一般而言，像素值失真主要源于打印的D/A過程中數(shù)字圖象的半色調(diào)處理和掃描的A/D過程的影響，幾何畸變則主要是由掃描過程引起的旋轉(zhuǎn)、縮放和平移失真。
已有學(xué)者提出了幾種抗幾何畸變的水印算法。O’Ruanaidh等人最先提出了一種基于Fourier-Mellin變換的水印方案。該方案首先計(jì)算圖像的DFT，DFT系數(shù)的幅值對圖像的空域平移具有不變性；然后，通過對數(shù)極坐標(biāo)映射將DFT系數(shù)的幅度從直角坐標(biāo)變換到對數(shù)極坐標(biāo)，這樣，圖像在空域的縮放和旋轉(zhuǎn)分別被變換成對數(shù)極坐標(biāo)下的水平位移和垂直位移；最后，再計(jì)算對數(shù)極坐標(biāo)下的DFT系數(shù)的DFT，這樣得到的變換系數(shù)的幅值對圖像的平移、縮放和旋轉(zhuǎn)都具有不變性。Lin等人提出了類似的方案，所不同的是，該方案不是計(jì)算兩次DFT，而是將水印嵌入在對數(shù)極坐標(biāo)下的DFT系數(shù)的幅值中，在檢測時(shí)將原始水印與提取的水印在所有圓周移位上進(jìn)行比較，以確定旋轉(zhuǎn)的角度。上述兩種方案，對于連續(xù)圖像的平移、縮放和旋轉(zhuǎn)具有“嚴(yán)格的”不變性。但遺憾的是，對于數(shù)字圖像，由于像素是分布在離散的網(wǎng)格點(diǎn)上的，在從直角坐標(biāo)到對數(shù)極坐標(biāo)的變換過程中，新坐標(biāo)的采樣點(diǎn)的像素值需要通過原坐標(biāo)相鄰點(diǎn)像素值的內(nèi)插來重構(gòu)，由此引入較大的誤差和圖像質(zhì)量的下降，即含水印圖象與原始圖象的失真較大。
另一類方案是基于模板匹配的方法。Pereira等人提出的是頻域模板，Su等人提出的時(shí)域模板。其基本思想是在嵌入水印的同時(shí)，嵌入一個(gè)模板，模板不包含任何信息，其作用是跟蹤圖像所經(jīng)歷的仿射變換，在水印檢測時(shí)，先計(jì)算原始模板與圖像中模板的相關(guān)，求出圖像經(jīng)歷的幾何畸變，然后將圖像做反變換，再提取水印。這類方法的一個(gè)主要缺點(diǎn)是用窮盡搜索法進(jìn)行模板匹配，對于二維圖像，計(jì)算量極大。
在中國專利CN1183693A中公開了一種圖象水印保護(hù)方案中，該發(fā)明中的水印用于數(shù)字圖象的版權(quán)保護(hù)，在解決標(biāo)記圖象(含水印圖象)的旋轉(zhuǎn)和縮放的校距的問題，使用了一個(gè)相關(guān)參考平面，先通過人工目測將標(biāo)記圖象和相關(guān)參考平面粗略對準(zhǔn)，記錄旋轉(zhuǎn)角度和縮放系數(shù)，對標(biāo)記圖象進(jìn)行反旋轉(zhuǎn)和反縮放；然后，改變縮放系數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度，通過計(jì)算機(jī)迭代搜索匹配方法進(jìn)行精確對準(zhǔn)。該方法的缺點(diǎn)是迭代匹配運(yùn)算量大；旋轉(zhuǎn)角度間隔為2°，誤差較大。在美國專利US6246777B1中，該發(fā)明中的數(shù)字水印用于數(shù)字圖象防篡改保護(hù)的，含水印圖象被修改后，嵌入其中的水印也改變。水印無法抵抗打印—掃描過程引起的幾何畸變和像素值失真。美國專利US6263086B1也公開了另一種方案，該發(fā)明可以從打印出的含水印圖象中恢復(fù)出水印。其方案是在圖象中嵌入一個(gè)周期性的大小為90×90(像素點(diǎn)，下同)的不可見水印。檢測時(shí)用掃描儀對打印出的水印圖象進(jìn)行掃描，先計(jì)算整幅掃描圖象的全局自相關(guān)函數(shù)，通過搜索峰值得到圖象初步的縮放系數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度；然后選擇一個(gè)大小為100×50的移動(dòng)窗函數(shù)，平行移過整幅掃描圖象，得到圖象的一個(gè)剪切塊，計(jì)算圖象塊的局部自相關(guān)函數(shù)，通過搜索峰值得到圖象精確的縮放系數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度，從而恢復(fù)水印。對于二維圖像，計(jì)算全局自相關(guān)函數(shù)和各個(gè)子塊的自相關(guān)函數(shù)，計(jì)算量極大。對于證件類照片，由于其幅面一般尺寸較小，不大于150×150，容量有限，不適合嵌入周期性的水印。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于數(shù)字水印技術(shù)的證件防偽方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，能夠抵抗打印/掃描過程中引起的圖象幾何畸變和像素值嚴(yán)重失真問題，其計(jì)算量較小，實(shí)施方便、可靠。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字水印的文件防偽方法，包括如下步驟步驟一，在文件制作過程中將一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的不可見數(shù)字水印嵌入所述文件中，形成防偽文件；步驟二，在對所述防偽文件進(jìn)行鑒別時(shí)，用圖象掃描/攝取裝置對所述文件進(jìn)行掃描，并提取所述水印，根據(jù)掃描/攝取圖象中是否含有預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)字水印判斷所述文件的真?zhèn)?；其特征在于在步驟一中，所述文件為一由打印/印刷制作的證件，在所述證件上印有所述證件持有人的數(shù)字人像照片，所述數(shù)字水印嵌入所述數(shù)字人像照片中，所述數(shù)字水印是由所述證件的ID號通過密鑰加密后作為種子產(chǎn)生的隨機(jī)序列；在步驟二中，掃描至少是針對所述文件中人像部分進(jìn)行的。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于在數(shù)字水印的嵌入步驟中是采用強(qiáng)度自適應(yīng)的離散余弦變換DCT系數(shù)局部調(diào)整法，將所述數(shù)字水印嵌入到所述數(shù)字人像的分塊DCT中頻系數(shù)中。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于所述水印嵌入進(jìn)一步包括如下步驟將圖象分成8*8的塊，對每個(gè)圖象塊做DCT，得到8*8個(gè)DCT系數(shù)；采用DCT中頻系數(shù)局部調(diào)整法來嵌入所述數(shù)字水印，每個(gè)8*8圖象塊嵌入9比特的信息，具體嵌入算法當(dāng)Bi＝1時(shí)，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3+dj當(dāng)Bi＝-1時(shí)，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3-dj其中dj(j＝1，2，3)為嵌入強(qiáng)度，Bi代表要嵌入的第i位比特信息，Ai1、Ai2、Ai3代表嵌入Bi的相鄰的三個(gè)DCT中頻系數(shù)將每組隨機(jī)序列如上重復(fù)嵌入至少4次；對修改后的DCT系數(shù)，作逆離散余弦變換IDCT。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于在所述數(shù)字水印的嵌入步驟中數(shù)字水印嵌入強(qiáng)度是根據(jù)人眼的紋理掩蔽特性和亮度特性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整的。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于在所述水印嵌入強(qiáng)度調(diào)整步驟中，進(jìn)一步包括先將原始的數(shù)字照片分成8×8的圖象塊；根據(jù)圖象塊的亮度變化率和亮度相對變化率，將圖象塊分為邊緣塊(j＝1)、平滑區(qū)(j＝2)和隨機(jī)紋理區(qū)(j＝3)三類，并考慮亮度影響，嵌入強(qiáng)度為d′j＝dj+α(0.5-meanj)2，j＝1，2，3式中，meanj為第j塊的歸一化均值，根據(jù)人眼的紋理掩蔽特性，d1＜d2＜d3。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于在步驟二中的水印提取過程中，進(jìn)一步包括通過圖象邊界的RADON變換來實(shí)現(xiàn)圖象的幾何失真矯正的步驟。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于幾何失真矯正的步驟進(jìn)一步包括對掃描/攝取的圖象提取掃描圖象的邊界；對圖象邊界進(jìn)行RANDON投影變換，RANDON變換的極值對應(yīng)著圖象邊界直線相對于垂直線的偏轉(zhuǎn)角度θ；對掃描圖象反轉(zhuǎn)θ，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)矯正；根據(jù)圖象邊界，計(jì)算掃描圖象的大小，通過雙立方插值，恢復(fù)圖象的原始尺寸。
上述的文件防偽方法，其特點(diǎn)在于在檢測所述證件中是否存在水印的步驟中，采用如下相似度計(jì)算步驟輸入證件ID號，采用與嵌入時(shí)相同的算法，產(chǎn)生原始水印序列B；進(jìn)行相似度計(jì)算，利用公式Sim(B,B′)=B′×B/B×B,]]>計(jì)算恢復(fù)出的水印序列B′與原始水印序列B的相似度，將相似度值與門限進(jìn)行比較，判定證件真?zhèn)巍?br> 為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備，其特點(diǎn)在于一證件制作裝置，用于形成數(shù)字圖象，并將水印嵌入所述數(shù)字圖象中，并印制出一含有所述圖象的證件；一證件真?zhèn)闻袆e裝置，用于將一證件中人像形成數(shù)字圖象，并通過水印提取和比較進(jìn)行證件真?zhèn)闻袆e。
上述的設(shè)備，其特點(diǎn)在于所述證件制作裝置，進(jìn)一步包括一圖象輸入裝置，用于將原始照片或?qū)嵨锶讼裆蓴?shù)字圖象；一水印生成與嵌入裝置，用于生成一水印并嵌入由所述圖象輸入裝置輸出的所述數(shù)字圖象中；一證件印制裝置，用于將所述水印嵌入裝置輸出的含水印圖象印制成一帶有人像的證件。
采用上述方法和裝置，可以將作為識別標(biāo)志的水印以視覺不可見的形式隱藏在證件人像中，在自然光和外界光源下人眼無法察覺，只有通過計(jì)算機(jī)軟件或特定的檢測設(shè)備才可識別，使偽造者難以仿冒偽造；同時(shí)由于使用一個(gè)或多個(gè)密鑰生成水印，未經(jīng)授權(quán)者不能檢測出水印，提高了系統(tǒng)的安全性；采用上述方法由于其算法計(jì)算量較小，對使用該方法的裝置條件要求不高，使用方便，特別是對證件的印刷設(shè)備無特殊要求，不會增加證件的印刷成本。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。


圖1是本發(fā)明的證件制作流程示意圖。
圖2是本發(fā)明的證件鑒別流程示意圖。
圖3是本發(fā)明的水印生成流程示意圖。
圖4是本發(fā)明的水印嵌入過程示意圖。
圖5是本發(fā)明的圖象塊分類器算法流程圖。
圖6是本發(fā)明的水印提取過程示意圖。
圖7a、圖7b、圖7c是本發(fā)明圖象邊界提取及其RADON變換示意圖。
圖8a是本發(fā)明第一實(shí)施例中預(yù)用于制作證件的原始照片。
圖8b是將圖8a中原始照片嵌入水印后的照片。
圖8c是對圖8b中含水印照片進(jìn)行相似度檢測的結(jié)果圖。
圖8d是是打印掃描后的含水印照片。
圖8e是對圖8d中含水印照片相似度檢測的結(jié)果圖。
圖9a是經(jīng)加噪處理的打印掃描后的含水印照片。
圖9b是對圖9a所示照片的相似度檢測的結(jié)果10是對不含水印照片的檢測結(jié)果圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下原始照片100，數(shù)字水印200，水印嵌入模塊300，含水印照片400，打印輸出裝置500，證件600，圖象輸入設(shè)備700，數(shù)字照片800，水印提取模塊900，真?zhèn)闻袆e模塊1000；其中，數(shù)字水印進(jìn)一步包括證件ID號201，加密算法器202，加密后形成的種子203，隨機(jī)序列產(chǎn)生器204；其中，數(shù)字水印嵌入模塊300，進(jìn)一步包括圖象分塊模塊301，圖象分類器302，嵌入強(qiáng)度選擇模塊303，DCT系數(shù)生成模塊304、嵌入算法生成模塊305，IDCT系數(shù)生成模塊306；其中，水印提取模塊900，進(jìn)一步包括幾何失真矯正模塊901，分塊DCT模塊，提取算法模塊903，相似度計(jì)算模塊904。
具體實(shí)施例方式
在圖1中揭示了一種證件(如護(hù)照)的制作流程，用數(shù)碼相機(jī)拍攝該證件持有人的照片，在此稱為原始照片100，將一個(gè)不可見的數(shù)字水印200，輸入水印嵌入模塊300嵌入到該證件持有人的數(shù)字照片中，得到含水印照片400，然后用打印設(shè)備500輸出形成該證件600。
在圖2所示的證件鑒別過程中，證件600通過圖象輸入設(shè)備700(掃描儀或數(shù)碼相機(jī))，轉(zhuǎn)換成數(shù)字照片800，對數(shù)字照片800利用水印提取模塊900進(jìn)行水印提取操作，并根據(jù)真?zhèn)闻袆e模塊對該數(shù)字照片中是否含有預(yù)先設(shè)計(jì)的水印來判斷該證件的真?zhèn)巍?br> 在圖3中，進(jìn)一步說明了本發(fā)明采用的水印200的生成過程。本發(fā)明的水印200的結(jié)構(gòu)采用二進(jìn)制隨機(jī)序列。由于二進(jìn)制隨機(jī)序列的自相關(guān)值比互相關(guān)值大的多，自相關(guān)期望值和二進(jìn)制隨機(jī)序列長度的平方根成正比，互相關(guān)值一般不會超過4，當(dāng)取判決門限值T＝4時(shí)，導(dǎo)致隨機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)序列和原始水印相似的誤判決的概率很小，即采用隨機(jī)序列作為數(shù)字水印，其唯一性是可以確定的。
該水印序列產(chǎn)生的具體步驟是輸入該證件持有人的ID號201，為提高保密性，通過加密算法模塊202，得到種子203，通過隨機(jī)序列產(chǎn)生器204產(chǎn)生長度為N的(0，1)隨機(jī)序列，再將0替換為-1，得到(-1，1)組成的隨機(jī)序列作為最終的水印200。
圖4是本發(fā)明所示水印嵌入模塊的示意圖。由于證件照片尺寸較小，水印的嵌入容量很有限(尤其是黑白照片)。為了保證水印的不可見性，嵌入的容量和強(qiáng)度不能太大；但為了保證水印經(jīng)過打印—掃描后仍能被檢測出來，又要求嵌入足夠量和足夠強(qiáng)度的水印。為最大限度地挖掘圖象的水印嵌入容量，水印嵌入的強(qiáng)度不是固定的，而是根據(jù)人眼的紋理掩蔽特性和亮度特性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。在原始的數(shù)字照片中嵌入水印可看作是在強(qiáng)背景上加入弱的噪聲(水印)。只要噪聲低于人類視覺系統(tǒng)的對比度門限，人眼就無法感覺出噪聲的存在，即水印是不可見的。先利用分塊模塊30l將原始數(shù)字照片100分成8×8的圖象塊，然后通過一個(gè)分類器302，根據(jù)人眼的紋理掩蔽特性，將該圖象塊分為平滑區(qū)、隨機(jī)紋理區(qū)和邊緣區(qū)三類。
圖5是圖象塊分類器算法流程圖。首先計(jì)算圖象子塊k的亮度變化率Ck，Ck=Σi,j=1nk|lik-ljk|/nk]]>其中，nk表示圖象子塊k中像素的數(shù)量，lki，ljk表示2個(gè)相鄰像素的亮度分量值。
亮度變化率Ck反映了圖象子塊內(nèi)部亮度變化的大小和快慢，計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的Ck后，就可以根據(jù)設(shè)定的閾值T1將圖象子塊劃分成“平滑區(qū)”(Ck＜T1)和“紋理復(fù)雜區(qū)”(Ck＞T1)。
根據(jù)圖象子塊的內(nèi)部特征對圖象進(jìn)行了初次分類后，再根據(jù)圖象子塊間的特性的差異，通過計(jì)算圖象子塊的亮度相對變化率Vk，對紋理復(fù)雜區(qū)做進(jìn)一步分類。
對于圖象子塊k，其亮度相對變化率Vk，由下式求得Vk=RkLk]]>其中，Lk為該子塊的平均亮度，Lk=Σi=1nlik/nk,]]>Rk為子塊k與其所有相鄰的8個(gè)子塊亮度變化率差值的均方根，Rk=Σm=18(Cm-Ck)2/8.]]>子塊的亮度相對變化率Vk，反映了該子塊與周圍子塊在亮度變化上的差異。相對變化率較高的區(qū)域?qū)?yīng)“邊緣區(qū)”，對人眼理解圖像意義非常關(guān)鍵；相對變化率較低的區(qū)域一般為一些相近的紋理(如衣服上的花紋)，對人眼理解圖像意義作用不大，稱為“隨機(jī)紋理區(qū)”。
據(jù)以上分析，邊緣區(qū)包含了圖象的最重要的信息，人眼對圖象邊緣區(qū)域的噪聲非常敏感，因此邊緣區(qū)的嵌入強(qiáng)度d1應(yīng)最??；人眼對隨機(jī)紋理區(qū)的噪聲不敏感，嵌入強(qiáng)度d3可較大。平滑區(qū)塊的嵌入強(qiáng)度d2介于前兩者之間。本發(fā)明中，取d1＝5，d2＝10，d3＝15。
此外，人眼對圖象在中等亮度時(shí)的噪聲最敏感，當(dāng)向低亮度和高亮度兩個(gè)方向變化時(shí)，人眼敏感度將下降。為此，考慮亮度影響的嵌入強(qiáng)度303為
d′j＝dj+α(0.5-meanj)2，j＝1，2，3式中，meanj為第j塊的歸一化均值。
考慮到圖象經(jīng)打印掃描后的亮度、對比度的絕對值變化較大，而相對值化較小，因此本發(fā)明在水印嵌入運(yùn)算模塊306中采用了離散余弦變換(DCT)中頻系數(shù)局部調(diào)整法，其嵌入步驟如下(1)將圖象分成8×8的塊，對每個(gè)圖象塊做DCT，得到8×8個(gè)DCT系數(shù)305，(2)采用DCT中頻系數(shù)局部調(diào)整法306來嵌入水印，每個(gè)8×8圖象塊嵌入9bit信息。具體的嵌入算法為當(dāng)Bi＝1時(shí)，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3+dj當(dāng)Bi＝-1時(shí)，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3-dj其中dj(j＝1，2，3)為嵌入強(qiáng)度，Bi代表要嵌入的第i位比特信息，Ai1、Ai2、Ai3代表嵌入Bi的相鄰的三個(gè)DCT中頻系數(shù)。
(3)為提高魯棒性，將每組隨機(jī)序列如上重復(fù)嵌入4次。
(4)對修改后的DCT系數(shù)，利用IDCT模塊307作IDCT，得到最后的含水印照片400。
在圖6中，本發(fā)明的水印提取過程如下。先將證件600通過圖象輸入設(shè)備700(掃描儀或數(shù)碼相機(jī))，轉(zhuǎn)換成數(shù)字照片800。數(shù)字照片800經(jīng)過打印—掃描過程，是原始照片經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、縮放和平移后并含有噪聲的失真版本。因此，要從數(shù)字照片800中正確提取出水印，首先需要解決的一個(gè)關(guān)鍵性問題是圖象的幾何失真矯正。本發(fā)明在水印提取模塊900中設(shè)置有幾何失真矯正模塊901，利用Mathworks公司的MATLAB軟件，通過圖象邊界的RADON變換來實(shí)現(xiàn)圖象的幾何矯正，其處理步驟如下(1)對掃描得到的圖象圖(參見圖7a)，利用MATLAB軟件中的edge函數(shù)提取圖象邊界，見圖7b；(2)利用MATLAB軟件中的radon函數(shù)對邊界圖象進(jìn)行RANDON投影變換，(參見圖7c)，RANDON變換在θ＝2.2°處有兩個(gè)峰值，對應(yīng)著圖象邊界左右兩條直線相對于垂直線的偏轉(zhuǎn)角度θ；(3)對掃描圖象反轉(zhuǎn)θ；實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)矯正，矯正誤差可達(dá)±0.1°；
(4)根據(jù)圖象邊界，計(jì)算掃描圖象的大小，通過雙立方插值，恢復(fù)圖象的原始尺寸。
對矯正后的圖象按如下步驟檢測是否含有水印將圖象按8×8分塊，做DCT902；按下面的算法903提取水印；如果 Ai2≥(Ai1+Ai2+Ai3)/3，則Wi＝1；如果 Ai2＜(Ai1+Ai2+Ai3)/3，則Wi＝-1；這里，Wi為提取的嵌入信息。
把提取的每位信息的4次結(jié)果進(jìn)行平均，確定嵌入的信息B′j；輸入證件ID號，采用與嵌入時(shí)相同的算法，產(chǎn)生原始水印序列B；相似度計(jì)算模塊904，利用公式Sim(B,B′)=B′×B/B×B,]]>計(jì)算恢復(fù)出的水印序列B′與原始水印序列B的相似度，將相似度值與門限T進(jìn)行比較，判定真?zhèn)巍?br> 在圖8所示的實(shí)施例中，圖8a為證件持有人的原始數(shù)字照片，是128×128的灰度圖象，ID號為“110108199304268931”18位十進(jìn)制數(shù)，記為(ID)18，以(ID)18作為原始種子，先將(ID)18的每位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示，得到72位二進(jìn)制數(shù)(ID)72；再選一個(gè)72位二進(jìn)制數(shù)作為私鑰(K)72，與(ID)72進(jìn)行異或，(ID)′72＝(ID)72(K)72；然后，將(ID)′72轉(zhuǎn)換成18位十進(jìn)制數(shù)(ID)′18，取(ID)′18的前6位數(shù)作為種子K1，7~10位數(shù)作為種子K2，11~14位數(shù)作為種子K3，15~18位數(shù)作為種子K4。分別以K1、K2、K3和K4為種子，產(chǎn)生4組長度為144的(0，1)隨機(jī)序列，再將0替換為-1，得到(-1，1)組成的隨機(jī)序列作為最終的水印。將這4組水印信息，重復(fù)嵌入4次，得到含水印照片圖8b。為了說明了水印的唯一性，把從8b中提取出的4組水印相繼與隨機(jī)序列庫中的100組隨機(jī)序列做相似度計(jì)算，在這100組隨機(jī)序列中，4組原始水印序列所處的位置分別為20，40，60，80。相似度計(jì)算結(jié)果見圖8c。4組水印所在處響應(yīng)為12，而其它相關(guān)值均不超過門限值4。
將含水印照片用HP Laser jet 5M打印機(jī)以600dpi分辨率在普通打印紙上打印輸出，再用Cano Scan N676U掃描儀以150dpi分辨率掃描輸入，得到的掃描照片如圖8d所示。從圖8d中提取的水印的相似度計(jì)算結(jié)果見圖8e。從圖8d中可以觀察打印掃描引起的圖象失真，但從圖8e可看出，該算法能可靠地檢測到嵌入的水印。
在圖9所示的實(shí)施例中，考慮到證件在實(shí)際使用中有可能產(chǎn)生一些污損，為此采用加噪來模擬污損情況，圖9a是先經(jīng)過加噪處理，再進(jìn)行打印掃描后得到的含水印照片，提取的水印的相似度計(jì)算結(jié)果見圖9b。從水印的相似度響應(yīng)值上，仍可以清晰地判斷水印的有無。
圖10為照片中不含水印的檢測結(jié)果，其相關(guān)值均不超過門限值4。
本發(fā)明與其他防偽技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)(1)作為識別標(biāo)志的水印以視覺不可見的形式隱藏在證件人像中，在自然光和外界光源下人眼無法察覺，只有通過計(jì)算機(jī)軟件或特定的檢測設(shè)備才可識別，使偽造者難以仿冒偽造；(2)使用一個(gè)或多個(gè)密鑰生成水印，未經(jīng)授權(quán)者不能檢測出水印，提高了系統(tǒng)的安全性；(3)本發(fā)明采用防偽技術(shù)，其嵌入的數(shù)字水印能抵抗打印掃描過程引起的像素值失真和幾何畸變；(4)對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明防偽技術(shù)的印刷設(shè)備無特殊要求，不會增加印刷成本。本發(fā)明所采用的防偽技術(shù)，特別是對解決身份證、學(xué)位證、畢業(yè)證、工作證、護(hù)照、駕照等各種與身份有關(guān)證件的偽造的問題能起到積極有效的作用。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字水印的文件防偽方法，包括如下步驟步驟一，在文件制作過程中將一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的不可見數(shù)字水印嵌入所述文件中，并打印輸出，形成防偽文件；步驟二，在對所述防偽文件進(jìn)行鑒別時(shí)，用圖象掃描/攝取裝置對所述文件進(jìn)行掃描，并提取所述水印，根據(jù)掃描/攝取圖象中是否含有預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)字水印判斷所述文件的真?zhèn)?；其特征在于在步驟一中，所述文件為一由打印/印刷制作的證件，在所述證件上印有所述證件持有人的數(shù)字人像照片，所述數(shù)字水印嵌入所述數(shù)字人像照片中，所述數(shù)字水印是由所述證件的ID號通過密鑰加密后作為種子產(chǎn)生的隨機(jī)序列；在步驟二中，掃描至少是針對所述文件中人像部分進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文件防偽方法，其特征在于在數(shù)字水印的嵌入步驟中是采用強(qiáng)度自適應(yīng)的離散余弦變換DCT系數(shù)局部調(diào)整法，將所述數(shù)字水印嵌入到所述數(shù)字人像的分塊DCT中頻系數(shù)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的文件防偽方法，其特征在于所述水印嵌入進(jìn)一步包括如下步驟將圖象分成8*8的塊，對每個(gè)圖象塊做DCT，得到8*8個(gè)DCT系數(shù)；采用DCT中頻系數(shù)局部調(diào)整法來嵌入所述數(shù)字水印，每個(gè)8*8圖象塊嵌入9比特的信息，具體嵌入算法當(dāng)Bi＝1時(shí)，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3+dj當(dāng)Bi＝-1時(shí)，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3-dj其中dj(j＝1，2，3)為嵌入強(qiáng)度，Bi代表要嵌入的第i位比特信息，Ai1、Ai2、Ai3代表嵌入Bi的相鄰的三個(gè)DCT中頻系數(shù)。將每組隨機(jī)序列如上重復(fù)嵌入至少4次；對修改后的DCT系數(shù)，作逆離散余弦變換IDCT。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的文件防偽方法，其特征在于在所述數(shù)字水印的嵌入步驟中數(shù)字水印嵌入強(qiáng)度是根據(jù)人眼的紋理掩蔽特性和亮度特性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的文件防偽方法，其特征在于在所述水印嵌入強(qiáng)度調(diào)整步驟中，進(jìn)一步包括先將原始的數(shù)字照片分成8×8的圖象塊；根據(jù)圖象塊的亮度變化率和亮度相對變化率，將圖象塊分為邊緣塊(j＝1)、平滑區(qū)(j＝2)和隨機(jī)紋理區(qū)(j＝3)三類，并考慮亮度影響，嵌入強(qiáng)度為d′j＝dj+α(0.5-meanj)2，j＝1，2，3式中，meanj為第j塊的歸一化均值，根據(jù)人眼的紋理掩蔽特性，d1＜d2＜d3。
6.根據(jù)要求1、2、3或5所述的文件防偽方法，其特征在于在步驟二中的水印提取過程中，進(jìn)一步包括通過圖象邊界的RADON變換來實(shí)現(xiàn)圖象的幾何失真矯正的步驟。
7.根據(jù)要求1、2、3或5所述的文件防偽方法，其特征在于幾何失真矯正的步驟進(jìn)一步包括對掃描/攝取的圖象提取掃描圖象的邊界；對圖象邊界進(jìn)行RANDON投影變換，RANDON變換的極值對應(yīng)著圖象邊界直線相對于垂直線的偏轉(zhuǎn)角度θ；對掃描圖象反轉(zhuǎn)θ，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)矯正；根據(jù)圖象邊界，計(jì)算掃描圖象的大小，通過雙立方插值，恢復(fù)圖象的原始尺寸。
8.根據(jù)要求7所述的文件防偽方法，其特征在于在檢測所述證件中是否存在水印的步驟中，采用如下相似度計(jì)算步驟輸入證件ID號，采用與嵌入時(shí)相同的算法，產(chǎn)生原始水印序列B；進(jìn)行相似度計(jì)算，利用公式Sim(B,B′)=B′×B/B×B,]]>計(jì)算恢復(fù)出的水印序列B′與原始水印序列B的相似度，將相似度值與門限進(jìn)行比較，判定證件真?zhèn)巍?br> 9.一種采用權(quán)利要求1、2、3、5或8所述方法的設(shè)備，其特征在于一證件制作裝置，用于形成數(shù)字圖象，并將水印嵌入所述數(shù)字圖象中，并印制出一含有所述圖象的證件；一證件真?zhèn)闻袆e裝置，用于將一證件中人像形成數(shù)字圖象，并通過水印提取和比較進(jìn)行證件真?zhèn)闻袆e。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述證件制作裝置，進(jìn)一步包括一圖象輸入裝置，用于將原始照片或?qū)嵨锶讼裆蓴?shù)字圖象；一水印生成與嵌入裝置，用于生成一水印并嵌入由所述圖象輸入裝置輸出的所述數(shù)字圖象中；一證件印制裝置，用于將所述水印嵌入裝置輸出的含水印圖象印制成一帶有人像的證件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字水印的文件防偽方法及其裝置，在證件類文件制作過程中將一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的不可見數(shù)字水印嵌入所述文件中，形成防偽證件；在對防偽證件進(jìn)行鑒別時(shí)，用圖象掃描/攝取裝置對證件中人像部分進(jìn)行掃描，并提取水印，根據(jù)掃描/攝取圖象中是否含有預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)字水印判斷證件的真?zhèn)?；其中，在由打?印刷制作的證件上印有證件持有人的數(shù)字人像照片，數(shù)字水印嵌入數(shù)字人像照片中，數(shù)字水印是由證件的ID號通過密鑰加密后作為種子產(chǎn)生的隨機(jī)序列。該方法與其裝置不僅可以抵抗打印掃描過程引起的圖象幾何畸變和像素值嚴(yán)重失真帶的諸多問題，而且其計(jì)算量小、使用簡單、操作方便、可靠性強(qiáng)。
文檔編號H04N5/913GK1512438SQ02159670
公開日2004年7月14日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者梁華慶, 楊義先, 鈕心忻 申請人:北京郵電大學(xué)