[发明专利]专色印刷图像数字水印方法及系统

说明书

本发明基于专色印刷中颜色空间的转换原理，结合IWT和SVD提出了一种专色印刷图像数字水印方法及系统。该方法和系统将载体图像分解成专色通道，对专色通道进行IWT转换，然后将水印信息直接嵌入一级IWT各子带的奇异值中；为提高水印安全性，对水印图像进行Arnold置乱加密处理，并在嵌入水印的图像的U和V中嵌入一个能够抵抗印刷‑扫描过程的数字签名；为提高数字签名和水印的鲁棒性，提出了扫描专色图像的阶调校正模型，对扫描图像进行校正，然后提取数字签名进行验证，验证通过则提取水印信息。本发明在水印透明性、鲁棒性和容量方面表现优良，能够抵抗胶版印刷‑扫描过程，且算法复杂度低，执行效率高，提取时间不到1秒。

技术领域

本发明属于印刷图像数字水印技术领域，具体涉及一种专色印刷图像数字水印方法及系统。

背景技术

印刷图像的颜色再现有两种方式：第一种是减色法再现，使用青(C)、品红(M)、黄(Y)和黑(K)油墨套印实现彩色图像的复制；第二种是专色印刷再现，是指采用CMYK四色墨以外的其他油墨来复制原稿颜色的方式。如图1所示，专色PANTONE168 C使用四色印刷时，可分解为C、M、Y和K四个通道，而使用专色印刷时只分解成一个专色通道。因此，专色印刷图像可嵌入水印信息的通道更少，对水印算法的鲁棒性和透明性要求更高。当彩色原稿的颜色超出了四色印刷的色域范围，或者需要产生如珠光、荧光等特殊的效果，无法用四色套印实现颜色的准确复制，需要调制特定的专色印刷，其广泛应用于包装印刷、艺术品印刷和高保真印刷领域。

近些年来印刷图像数字水印已取得了一些成果，但这些算法都是针对CMYK四色印刷工艺而提出的，专色不能分解成CMYK成分，因此，并不适用于专色印刷。专色印刷信息通道少，对水印鲁棒性、透明性和容量提出了更高的要求。

2003年，Alattar,O.和Reed,A.等人首次提出了专色数字水印算法，首先计算专色亮度映射因数和黄色饱和度对水印信号进行调制，再嵌入专色通道中，同时通过强度因数对每一个像素进行动态调整，算法对大部分专色是有效的，但对部分专色是无效的，如：银光黄、银光金、银色和金色等；2015年，Reed A.和Filler T.等人提出包装印刷中专色水印算法，该算法将一定比例的专色使用CMY三色叠印，在CMY三色通道中嵌入水印信息，如PANTONE 221专色，可以分解为75％的专色通道和25％的CMY通道叠加，水印在25％的CMY通道中嵌入，但是使用CMY模拟专色会产生一定的色差，而且额外增加了C、M和Y三个印版，增加了印刷成本。

近些年来，为了提高水印的鲁棒性、透明性和容量，提出了不同转换相结合的水印算法，可以利用这些转换的不同特征达到预期的效果，其中基于小波变换和奇异值分解(SVD)的混合转换域水印最受关注。图像的SVD是将图像矩阵分解为两个正交矩阵(U和V)和一个奇异值矩阵S，基于SVD的混合转换域水印的最大优点是图像的奇异值稳定性非常高，在奇异值S中嵌入水印的方法具有很高的鲁棒性，同时图像质量能得到保证，水印容量较大，可以嵌入灰度图像，适用于信息通道少的专色图像。然而，SVD水印算法也存在缺陷，基于SVD水印算法在嵌入水印信息时只使用了载体图像的奇异值特征向量S，由于图像的奇异值S仅仅代表了图像的亮度信息，而U和V两个正交矩阵体现了图像的纹理和几何结构特征，如果在提取水印时，使用U和V与没有嵌入水印的图像的S向量合成，也可重构出一幅与原始水印图像结构相似的图像，从而造成检测安全问题。针对此问题，基于数字签名机制解决方案是较成熟，但抵抗印刷的鲁棒性有待提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种适用于专色印刷的图像水印方法，该方法基于专色印刷复制原理，利用IWT变换良好的重构特性和SVD变换的高稳定性，提出了满足专色印刷工艺的鲁棒水印算法。本发明的专色水印算法在水印透明性、鲁棒性和容量方面均有更加优良的表现，能够抵抗胶版印刷-扫描过程，且算法复杂度低，执行效率高。

本发明采用了以下技术方案：

专色印刷图像数字水印方法，步骤如下：

(1)水印预处理