[发明专利]基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄的半盲水印方法

摘要

本发明涉及一种基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄的半盲水印方法，首先，对彩色载体图像转换到YUV颜色空间，将U分量进行分块；然后，选取能量低的子块进行DWT变换和SVD分解；最后，利用子块酉矩阵系数差值的稳定特性，将彩色QR码的主色通道归一化嵌入彩色载体图像的U分量，得到最终的含水印图像。本发明方法对抵抗打印、印刷和拍摄具有很强的鲁棒性，而且经过压缩、滤波、旋转和裁切后再打印、印刷和拍摄，仍然可以提取出彩色QR码并正确识别出版权信息；具有很好的不可见性和嵌入量；采用的手机设备快捷便利，技术在商品包装防伪方面具有很好的实际应用价值。

主权项

1.一种基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄的半盲水印方法，其特征在于，包括水印信息嵌入和水印信息提取方法，水印嵌入具体步骤如下：1)将彩色载体图像转换到YUV颜色空间，取U分量图作为水印嵌入图，载体图像大小为N×N；2)考虑小波变换的特性，选取最小分块大小为8×8，将U分量图划分成个非重叠子块；3)计算每一个子块的能量，选取所有子块前20％‑25％能量低的子块进行水印嵌入，每块子块能量计算公式为：其中，I(a,b)为子块图像的像素值，a、b为子块图像空间域坐标；4)将所选取能量低的子块进行DWT变换后，再对每个子块的低频子带进行SVD分解得到相应的U矩阵,所选取第m块能量低的子块分解公式为：U_mS_mV_m^T＝LL_m        (2)其中U_m、V_m为酉方阵；S_m为对角阵；LL_m为第m块能量低的子块的低频子带；5)将需要嵌入的水印信息按R、G、B三通道分别归一化，归一化公式为：其中k表示R、G、B不同分量；W_k为嵌入的水印信息，W_k^*为归一化后的水印信息；6)生成取值范围为0‑1的随机矩阵Q_k，再根据归一化水印的R、G和B分量信息W_k^*调节随机矩阵Q_k使其满足公式(4)，构成3个映射矩阵Q_k,映射矩阵的阈值为q＝0.5；其中i，j表示矩阵元素所处的行与列；7)选取水印的主色通道分量，结合映射矩阵进行水印嵌入，保存水印的另两个次色通道分量的映射矩阵作为秘钥；8)嵌入水印的主色通道分量信息：按照式(5)和式(6)，结合水印主色通道的映射矩阵将水印信息嵌入到选取的第m块子块U_m矩阵中的方法如下：其中U_m(2,1)和U_m(3,1)分别为第m个子块U_m(i,j)矩阵中第二行第一列的元素和第三行第一列的元素，sign(U_m(3,1))表示U_m(3,1)的符号，U_avg＝(|U_m(2,1)|+|U_m(3,1)|)/2，|U_m(2,1)|表示U_m(2,1)的绝对值，t表示水印嵌入强度；其他子块嵌入水印的主色通道分量信息方法相同；9)对修改后的第m块子块U*_m矩阵进行SVD逆变换，重构子块的低频子带LL^*_m，公式为：LL^*_m＝U^*_mS_mV_m^T    (7)其他子块进行同样处理；10)对所有嵌入子块图像的低频子带进行DWT逆变换重构子块图像；11)将所有子块图像进行合成，重构含水印图像的U分量；12)合并彩色载体图像的Y、V分量和重构含水印图像的U分量，并转换到RGB颜色空间，得到最终含水印彩色载体图像；水印提取具体步骤如下：A、对含水印彩色载体图像转换到YUV颜色空间，并对U分量划分成8×8的非重叠子块；B、按嵌入方式选取前20％‑25％个能量低的子块进行DWT变换，并对每个子块的低频子带LL'_m进行SVD分解得到相应的U'_m矩阵；C、根据每块U'_m矩阵的第二行第一列系数U'_m(2,1)和第三行第一列系数U'_m(3,1)提取水印主色通道信息，公式为：其中，W′_k(i,j)为提取的水印主通道分量信息；D、利用保存的秘钥重构另两个次色通道分量水印信息；E、将提取的R、G、B分量水印W′_k分别进行反归一化，公式为：F、对反归一化的后R、G、B分量水印信息进行三通道合并，得到最终提取水印图像。