[发明专利]基于计算全息的变换域抗打印扫描数字水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字水印技术，特别涉及一种基于计算全息的变换域抗打印扫描数字水印方法。

背景技术

近年来，计算机与网络通信技术迅猛发展，数字产品版权保护问题越来越受到重视。但是，印刷品的版权保护和防伪问题同等重要。研究抗打印扫描的数字水印技术可以对印刷品进行版权保护。它为印刷品的版权保护提供了另一种新的途径。由于隐藏在印刷品中的水印信息在经过二次复印和扫描后受损严重，无法被检测，故也可以作为防伪的一种手段。由于印刷含水印图像不会对印刷设备有特殊要求，且无需改变印刷材料和设备，所以印刷成本并不会因此增加，使得此种技术在实际应用中并不会产生额外的成本。

现阶段基于全息技术的抗打印扫描数字水印技术已有很多，但基本上使用的原始水印信息均为二值水印图像，无法使用有意义的字符信息；一些算法虽然具有一定的安全性但是由于生成全息图的缺陷，在原始全息解密时会产生一定的背景噪声，影响了水印算法的鲁棒性；一些算法在生成全息图之前并没有对水印进行加密处理，导致水印算法安全性很差。含水印图像经数字印刷或打印以及扫描仪扫描后，得到的数字图像由于受到了打印扫描攻击，从中恢复的水印信息会变得不清晰，只能依靠主观判断来衡量水印是否存在。

发明内容

本发明是针对现有算法在鲁棒性和客观评价上存在的问题，提出了一种基于计算全息的变换域抗打印扫描数字水印方法，本发明在保证安全性的前提下克服了噪声的缺陷，噪声干扰理论上为0，使得本水印技术可准确提取出QR二维码，增强水印算法的鲁棒性和安全性，也可提供客观评价标准。

本发明的技术方案为：一种基于计算全息的变换域抗打印扫描数字水印方法，具体包括如下步骤：

水印嵌入到灰度原始图像：

1) 将作为版权信息的字符串进行编码，转换为标准QR二维码；

2) 裁切掉QR二维码的部分非编码区域，即外围空白区域、寻象图形、分隔符，并将剩余非编码区域的校正图形、定位图形和编码区域保留，将保留部分的二值图像进行扩充，即每一像素扩充为3*3大小的像素块，块中像素值均等于对应的像素值，并将其添加在黑色图片背景上，作为待嵌入二值水印图像f(x,y)；

3) 生成两个均匀分布的随机模版P(x,y)和B(u,v)，作为空间域和频率域的相位调制加密模版，并将其作为密钥；

4) 对二值水印图像f(x,y)进行以P(x,y)为模版的空域相位调制，对调制后图像进行傅立叶变换得到复数图像，对其进行以B(u,v) 为模版的频域相位调制，再对调制后图像进行逆傅立叶变换，最终得到复数的加密图像 ；

5) 将得到的复数图像进行共轭、对称、延拓计算，并对其做傅立叶变换，得到实值的计算全息图像，作为待嵌入的全息水印；

6) 对原始灰度图像进行小波变换分解，得到原始图像的一级低频分量，再对低频分量进行小波变换分解，得到原始图像的中频对角线分量系数矩阵；

7）将步骤5得到的全息水印乘以嵌入强度K替换原始图像的中频对角线分量系数矩阵，将水印嵌入到原始图像的中频对角线分量系数矩阵中，实现水印的嵌入；

8) 对步骤7）得到的嵌入水印的原始图像采用二级逆小波变换，得到含水印的图像，通过打印或数字印刷的方式将含水印图像以常用的150DPI进行印刷输出；

从打印后的含水印灰度图中实现水印盲提取：

A:将印刷输出的含水印灰度图像以600DPI分辨率和8位灰度等级进行扫描，得到数字形式的含水印图像，并调整其尺寸;

B:将含水印的灰度图进行小波变换分解，得到含水印图像的一级低频分量，再对其对低频分量进行小波变换分解，得到含水印图像的中频对角线分量系数矩阵，作为提取出的全息水印信息；

C:对提取出的信息进行逆傅立叶变换，取所得图像的一半，并将第一行和第一列的像素裁掉，即为对应待解密的复数图像；

D:将复数图像进行傅立叶变换，对得到的频域图像进行以-B(u,v) 为模版的频域相位调制，再进行逆傅立叶变换，求其幅值并二值化得到提取出的二值水印图像f ’(x,y)；

E:在提取的二值水印图像对应位置处，取出相应QR码区域，根据多数原则确定每个3*3块所代表的水印位，并将其按权利要求1步骤2的逆过程重新组合成QR码图像；

F:将所述QR二维码进行解码得到版权信息字符串。