基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法与流程

本发明涉及一种防伪及信息安全技术，特别涉及一种基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法。

背景技术：

在现代社会中，包装印刷品对商品流通起着重要作用，但是假冒伪劣商品也不断增多，所以对于印品防伪技术的研究越来越引起人们关注。随着物联网技术的发展，结合普遍使用的手机和QR码技术，实现物流信息系统智能化的防伪技术是新的研究方向。

目前，大部分印品防伪技术用以解决图像的抗打印、印刷和扫描问题，但是扫描设备不易获取，扫描过程不受外界环境光的影响，对于抗打印、印刷和拍摄鲁棒性不强，实际应用性差。为了克服弊端，利用QR码能够携带大量信息及抗攻击性强的特点，往产品包装上添加防伪信息彩色QR码，并用方便快捷的手机拍摄后提取识别秘密信息，是一种值得研究推广的防伪技术。

技术实现要素：

本发明是针对商品包装用手机拍摄时由于环境光亮度变换导致获取的图像中秘密信息提取困难的问题，提出了一种基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法，使其对于彩色图象的打印、印刷和拍摄具有很好的鲁棒性。

本发明的技术方案为：一种基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法，包括秘密信息嵌入和秘密信息提取方法，

秘密信息嵌入具体步骤如下：

1)、对秘密信息即彩色QR码，分R、G、B通道进行全息处理,并归一化得到预处理后的秘密信息,归一化公式如下：

Wi'＝(Wi-128)/128

其中，Wi为全息处理的秘密信息，Wi'为归一化预处理后的秘密信息；

2)、对彩色载体图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，再对Y、Cb、Cr通道分别进行Contourlet变换，得到各通道的低频子带；

3)、对Y、Cb、Cr三通道的低频子带分别进行SVD分解,得到相应的对角矩阵Si；

设彩色载体图像矩阵为I，大小为N*N，它的奇异值分解式为：

I＝UiSiVi^T

其中，Ui和Vi是正交矩阵，Vi^T是Vi的转置矩阵，对角矩阵Si的对角元素λi即为奇异值，i＝1、2......N，满足λ1≥λ2≥......≥λr≥λr+1＝......＝λN＝0，r为对角矩阵的秩；4)、根据对角矩阵Si的奇异值信息熵具有稳定性，以加性方式按在对角矩阵Si上嵌入秘密信息得到新的对角矩阵再按对进行SVD分解生成的新矩阵Ui'、Vi'和Si'，并保存Ui'、Vi'和原对角矩阵Si作为密钥；其中，为嵌入强度，Wi'为预处理后的秘密信息，U'i、Vi'和Si'为对嵌入秘密信息后的对角矩阵再次进行SVD分解生成的新矩阵，T为转置；

5)、对嵌入了秘密信息的Y、Cb、Cr通道分别进行SVD逆变换重构低频子带，Contourlet逆变换重构单通道分量图，合并三个通道；

6)、对彩色载体图像从YCbCr颜色空间转换到RGB颜色空间，得到最终含密图像；

秘密信息提取方法具体步骤如下：

A、对含密图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，并对每个通道进行Contourlet变换，得到各通道低频子带；

B、对Y、Cb、Cr通道的低频子带分别进行SVD分解得到对角矩阵εi，并利用保存的秘钥Ui'、Vi'再进行SVD逆变换，如下式所示：

ε′i＝U′iεiV′i

C、按下式提取秘密信息：

D、对每个通道提取的预处理秘密信息进行反归一化，公式如下所示：

Wi＝W′i*128+128；

E、对反归一化后的秘密信息进行全息重建；

F、对全息重建后的秘密信息合并R、G、B三个通道得到最终秘密信息。

本发明的有益效果在于：本发明基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法，对抵抗打印、印刷和拍摄具有很强的鲁棒性，而且经过一般攻击如压缩、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；嵌入信息量大、不可见性好；技术采用手机设备方便快捷，在物流信息系统智能化及商品包装防伪方面具有很好的应用价值。

附图说明

图1为本发明基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法嵌入流程图；

图2为本发明基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法提取流程图。

具体实施方式

本发明基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法，首先，利用全息技术将秘密信息即彩色QR码进行全息处理并归一化；然后，将彩色载体图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，并对每个通道进行Contoulet变换，取低频子带进行SVD分解得到对角矩阵；最后，将全息处理的秘密信息分通道嵌入彩色载体图像，进行相应逆变换复原为最终的含密图像。

如图1所示基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法嵌入流程图，具体步骤如下：

1、对秘密信息即彩色QR码，分R、G、B通道进行全息处理,并归一化得到预处理后的秘密信息,归一化公式(1)如下：

Wi'＝(Wi-128)/128 (1)

其中，Wi为全息处理的秘密信息，Wi'为归一化预处理后的秘密信息。

2、对彩色载体图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，再对Y、Cb、Cr通道分别进行Contourlet变换，得到各通道的低频子带；

3、对Y、Cb、Cr三通道的低频子带分别进行SVD分解,得到相应的对角矩阵Si；

设彩色载体图像矩阵为I，大小为N*N，它的奇异值分解式为：

I＝UiSiVi^T (2)

其中，Ui和Vi是正交矩阵，Vi^T是Vi的转置矩阵，对角矩阵Si的对角元素λi(i＝1、2......N)即为奇异值，满足λ1≥λ2≥......≥λr≥λr+1＝......＝λN＝0,r为对角矩阵的秩。

4、根据对角矩阵Si的奇异值信息熵具有稳定性，以加性方式按(3)在对角矩阵Si上嵌入秘密信息得到新的对角矩阵再按(4)对进行SVD分解生成的新矩阵Ui'、Vi'，并保存Ui'、Vi'和原对角矩阵Si作为密钥；

其中，Si为步骤3SVD分解后的对角矩阵，为嵌入强度，Wi'为预处理后的秘密信息，U'i、Vi'和Si'为对嵌入秘密信息后的对角矩阵再次进行SVD分解生成的新矩阵，T为转置。

5、对嵌入了秘密信息的Y、Cb、Cr通道分别进行SVD逆变换重构低频子带，Contourlet逆变换重构单通道分量图，合并三个通道；

6、对彩色载体图像从YCbCr颜色空间转换到RGB颜色空间，得到最终含密图像。

如图2所示基于彩色图像的抗打印、印刷和拍摄防伪方法提取流程图，具体步骤如下：

1、对含密图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，并对每个通道进行Contourlet变换，得到各通道低频子带；

2、对Y、Cb、Cr通道的低频子带分别进行SVD分解得到对角矩阵εi，并利用保存的秘钥Ui'、Vi'再进行SVD逆变换，如公式(5)所示：

ε′i＝U′iεiV′i (5)

3、按公式(6)提取秘密信息：

4、对每个通道提取的预处理秘密信息进行反归一化，公式如(7)所示：

Wi＝Wi'*128+128 (7)

5、对反归一化后的秘密信息进行全息重建；

6、对全息重建后的秘密信息合并R、G、B三个通道得到最终秘密信息。

将秘密信息即彩色QR码嵌入彩色载体图像中，计算含密图像的峰值信噪比，达到不可见性要求，人眼无法看到隐藏的秘密信息，并且隐藏的秘密信息为彩色QR码，可以携带版权等丰富的信息，增加了信息嵌入量。

对含密图像计算其峰值信噪比PSNR算法为：

其中，I(i,j)表示原始图像，I'(i,j)表示嵌入算法中步骤6最终的含密图像，MSE表示两幅图的均方差。

该算法对含密图像在不同环境光亮度下打印、印刷后拍摄，进行常见的攻击如压缩、滤波、旋转和裁切后再打印、印刷和拍摄，均可提取出秘密信息，且识别率达到100％；同时，改变打印分辨率及加网线数，都能准确提取出秘密信息并正确识别，表明该方法抗打印、印刷和拍摄能力强，具有很好的防伪功能。

本发明一个重要实施方式中，将彩色载体图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，然后在Y、Cb和Cr通道的奇异值上嵌入秘密信息。一方面，YCbCr颜色空间更符合人眼视觉特性，将亮度与色度分离开，亮度与色度分量相关性差，如果亮度改变，颜色却可以不受影响。另一方面，图像在遭受常见的打印、印刷和拍摄攻击时，Y、Cb、Cr通道的奇异值信息熵在不同环境光亮度下改变量很小。有利于解决在不同环境光亮度下拍摄印品导致秘密信息提取困难的问题，增强算法的鲁棒性。