提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)字印刷圖像版權(quán)保護(hù)的方法,尤其是一種提高圖像數(shù)字水印 隱蔽性能的方法,屬于數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字水印技術(shù)作為信息隱藏技術(shù)之一,之所以能成為目前主流的數(shù)字資產(chǎn)保全保 護(hù)措施,在于它的隱蔽性、安全性和魯棒性。它可以在不影響原數(shù)字內(nèi)容,例如數(shù)字印刷圖 像等多媒體內(nèi)容的有效使用價值的條件下,將一些標(biāo)識信息嵌入數(shù)字內(nèi)容,從而起到保護(hù) 其版權(quán)的作用。
[0003] 視覺顯著圖表示的是圖像特征的視覺顯著程度。其中,圖像視覺顯著區(qū)域是指圖 像中關(guān)注程度較高的能體現(xiàn)整幅圖像內(nèi)容的區(qū)域。非感興趣區(qū)域則關(guān)注程度較低,因此,利 用視覺非顯著區(qū)域的不敏感性可以更好地隱藏水印信息,使水印具有較高的隱蔽性。視覺 顯著圖作為評價人眼觀察圖像時的特性標(biāo)準(zhǔn),是通過不同灰度值反映出人眼對圖像的顯著 性。其中,認(rèn)知心理學(xué)和反復(fù)試驗(yàn)得證,利用眼動實(shí)驗(yàn)得到的視覺顯著圖是最真實(shí)地反映 人眼觀察圖像時的特性。
[0004] 小波技術(shù)是近幾年常用的典型數(shù)字水印算法之一,其屬于變換域算法。使用小波 技術(shù)嵌入水印的隱蔽性較高,肉眼無法判別,魯棒性也高,可有效提高水印的安全性。小波 技術(shù)不僅適用于數(shù)字水印領(lǐng)域,還涉獵于諸多實(shí)際應(yīng)用,譬如測量、估算、去噪等,是一個很 有效的數(shù)學(xué)分析工具。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能的方法,利于計算機(jī)客觀辨 別圖像及水印信息,用于提高水印的隱蔽性及保障宿主圖像的質(zhì)量,在圖像版權(quán)保護(hù)中可 以發(fā)揮應(yīng)用價值。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能 的方法,具有以下步驟: (1) 對圖像進(jìn)行眼動實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,改進(jìn)Itti計算模型,獲取圖像視覺顯著圖,并保 存; (2) 根據(jù)圖像視覺顯著圖,對原始彩色圖像進(jìn)行正向小波變換水印嵌入,得到含有水印 信息的彩色圖像; (3) 對所得到的含有水印信息的彩色圖像進(jìn)行逆向小波變換水印提取,得到提取水印 圖像。
[0007] 所述步驟(1)進(jìn)一步包括如下步驟: (1. 1)選取標(biāo)準(zhǔn)測試圖,利用高精密Tobii眼動儀對15名視覺正常的被試者進(jìn)行眼動 實(shí)驗(yàn),獲取注視點(diǎn)集,生成眼動實(shí)驗(yàn)顯著圖; (1.2)在基于獲得顯著圖的基礎(chǔ)上,改變Itti視覺計算模型中亮度、顏色和方向的3個 視覺底層特征的權(quán)重值,采用相關(guān)系數(shù)和公式:
來分析比較計算顯著圖與眼動顯著圖的相似性,獲取符合人眼視覺特性的圖像顯著 圖;其中,廣為相關(guān)系數(shù)公式,X是像素值;H(x)、S(x)分別是眼動顯著圖和計算顯著圖中 當(dāng)前像素的顯著值;知:托分別表示兩幅顯著圖中所有像素的平均顯著值; (1. 3)對圖像所得到的視覺顯著圖做二級小波映射,得到頻域視覺顯著圖; (1. 4)根據(jù)頻域視覺顯著圖的灰度值變化,做歸一化處理,確定水印嵌入位置及強(qiáng)度系 數(shù)。
[0008]所述步驟(2)進(jìn)一步包括如下步驟: (2. 1)對原始彩色圖像做顏色空間轉(zhuǎn)換,得到一個明度或亮度圖層L1和兩個色彩信息 圖層A和B; (2. 2)對明度或亮度信息圖層L1做二級小波變換,得到高頻子帶HH2 ; (2. 3)將水印圖嵌入步驟(2. 2)中得到的二級高頻子帶HH2,得到嵌入水印信息的高頻 子帶HH2' ; (2. 4)對高頻子帶HH2'做逆向二級哈爾小波變換,得到含有水印信息的圖層L1',并將 得到的圖層L1'和步驟(2)中得到的兩個色彩圖層信息A和B合并,得到含有水印信息的 彩色圖像。
[0009] 其中步驟(2. 2)進(jìn)一步包括如下步驟: 對明度或亮度信息圖層L1做哈爾小波變換,得到四個L1層的一級頻率子帶,這四個一 級頻率子帶包括一個低頻子帶LL1與三個高頻子帶LH1、HL1和HH1 ;對所述低頻子帶LL1 做哈爾小波變換,得到四個L1層的二級頻率子帶:LL2、LH2、HL2和HH2。
[0010]所述步驟(3)進(jìn)一步包括如下步驟: (3. 1)對所述含有水印信息的彩色圖像做色空間轉(zhuǎn)換,得到一個明度或亮度圖層L2和 兩個色彩信息圖層A'和B' ; (3. 2)對明度或亮度信息圖層L2做二級小波逆變換,得到高頻子帶HH4,提取水印信 息,得到水印圖像; 所述步驟(3. 2)進(jìn)一步包括如下步驟: 對明度或亮度信息圖層L2做哈爾小波變換,得到四個L2層的一級頻率子帶:一個低頻 子帶LL3與三個高頻子帶LH3、HL3和HH3 ;對所述低頻子帶LL3做哈爾小波變換,得到四個 L2層的二級頻率子帶:LL4、LH4、HL4和HH4。
[0011] 該方法還包括:對所述降噪水印圖像進(jìn)行各種攻擊測試。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有的水印技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):該方法在變換域中盲提取、采用小波 變換的前提下,利用圖像視覺顯著圖做嵌入水印的處理,隱蔽性好,安全性高,保證了宿主 圖像質(zhì)量。與現(xiàn)有水印技術(shù)相比,該技術(shù)不僅顯著提高了水印的魯棒性,而且保證了水印的 隱蔽性及宿主圖像的質(zhì)量,在圖像版權(quán)保護(hù)中可以發(fā)揮應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0013]圖1是本申請的提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能方法的嵌入流程圖; 圖2是圖1所示的流程的圖像視覺顯著效果圖; 圖3是圖1所示的流程的嵌入水印信息的分步效果圖; 圖4是本申請的提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能方法的提取流程圖; 圖5是水印攻擊測試部分仿真效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明所涉及的一種提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能方法的優(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)行了具體的細(xì)節(jié)說明。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例均在64位的Window 7操作系統(tǒng)下,選用標(biāo)準(zhǔn)測試圖Lena圖 (像素為512 X 512)和水印圖(像素為128 X 128),選用基于人眼視覺感知的通道獨(dú)立性較好 的Lab顏色空間作載體,使用MATLAB 2011b軟件模擬而得。
[0016] 本發(fā)明的一種提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能的方法,包括水印嵌入和水印提取兩部 分,首先,結(jié)合眼動實(shí)驗(yàn),改進(jìn)Itti計算模型底層特征權(quán)重值,提取符合人眼視覺特性的視 覺顯著圖,確定水印嵌入位置及強(qiáng)度系數(shù);其次,對原始彩色圖像進(jìn)行正向小波變換水印嵌 入,得到含有水印信息的彩色圖像;最后,對所得到的含有水印信息的彩色圖像進(jìn)行逆向小 波變換水印提取,得到提取水印圖像。
[0017]如圖1所示,提高圖像數(shù)字水印隱蔽性能的水印嵌入流程包括有如下步驟: (1)對原始彩色圖像(如圖2 (a)所示)做Itti模型視覺顯著圖計算,得到視覺計算顯 著圖(如圖2 (c)所示)。
[0018] (2)基于眼動實(shí)驗(yàn)顯著圖(如圖2 (b)所示),改變Itti視覺計算模型底層特征權(quán) 重分配,得到最佳視覺顯著圖(如圖2 (d)所示): 在基于獲得顯著圖的基礎(chǔ)上,改變Itti視覺計算模型中亮度、顏色和方向的3個視覺 底層特征的權(quán)重值,采用相關(guān)系數(shù)和公式:
來分析比較計算顯著圖與眼動顯著圖的相似性,獲取符合人眼視覺特性的圖像顯著 圖;其中,愛為相關(guān)系數(shù)公式,x是像素值;H(x)、S(x)分別是眼動顯著圖和計算顯著圖中 當(dāng)前像素的顯著值;地分別表示兩幅顯著圖中所有像素的平均顯著值。
[0019] (3)對原始彩色圖像(如圖3 (a)所示)做顏色空間轉(zhuǎn)換,得到一個明度或亮度圖 層L1(如圖3 (b)所示)和兩個色彩信息圖層A和B(如圖3 (c)和圖3 (d)所示),保留 兩個色彩圖層信息A和g。
[0020] (4)對明度或亮度信息圖層L1做二級小波變換,得到高頻子帶HH2。
[0021] (5)根據(jù)圖像視覺顯著圖的顯著特性,將水印圖像(如圖3 (g)所示)自適應(yīng)嵌入 第(4)步中得到的二級高頻子帶HH2,得到嵌入水印信息的高頻子帶HH2',由于人眼對高頻 信息敏感度不高,所以將水印信息加權(quán)后嵌入二級小波變換后得到的L1層的二級高頻子 帶HH2,以此保證水印的視覺隱蔽性,同時也增加水印的魯棒性。
[0022] (6)對高頻子帶HH2'做逆向二級哈爾小波變換,得到含有水印信息的圖層L1'(如 圖3 (e)所示)。
[0023] (7)將上一步得到的圖層L1'和步驟(1)中保留的兩個色彩圖層信息A和B合并, 得到含有水印信息的彩色圖像(如圖3 (f)所示)。
[0024] 其中,步驟(2)中的二級小波變換具體包括如下步驟: (2. 1)先