一种食品包装防伪数字图像的水印处理方法与流程

本发明涉及一种防伪数字图像的水印处理方法，属于多媒体技术和信息隐藏技术领域。

背景技术：

为方便消费者识假辨假，保护企业和消费者以及中间商的合法利益，防伪包装成为商品包装不可或缺的一部分。目前数字图像的水印处理，所使用的防伪技术的科技含量较低，不仅没有良好的稳定性并且无法实现水印信息的隐蔽性，从而影响防伪效果；由于水印处理的科技含量较低，使得不法分子很容易便仿制出来，防伪技术一旦被仿冒后不仅会使消费者上当受骗，企业的利益也会受到巨大的损失。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种食品包装防伪数字图像的水印处理方法，自身具有简化能力，并且鲁棒性良好。

本发明解决其问题所采用的技术方案，包括以下步骤：

a.获取食品包装的二维图像，通过分块二维离散余弦变换，完成图像的分割和变换；

b.选取变换后子图像块的低频分量，通过水印图像的置乱变换和离散余弦变换，获得水印图像的离散余弦变换系数；

c.通过乘性嵌入规则以及拉伸因子，将经过变换的水印图像嵌入到食品包装图像中，并利用相关检测器完成水印图像的检测；

d.根据水印嵌入的逆过程，实现水印图像的提取，最终完成数字图像的水印处理。

本发明的有益效果是：

在复杂性强且易篡改的数字图像水印处理任务中，本发明能够稳定、隐蔽地实现数字图像水印的嵌入、检测和提取，并可根据多项式变换的二维离散余弦变换算法，简化图像的变换过程，利用特定密钥完成水印图像的嵌入与提取，具有简捷可靠的有益效果。

附图说明

图1为一种食品包装防伪数字图像的水印处理方法的整体流程图；

图2为数字水印图像的置乱变换。

具体实施方式

参照图1，本发明所述的方法包括以下步骤：

a.获取食品包装的二维图像，通过分块二维离散余弦变换，完成图像的分割和变换；

(1)将输入的图像划分为8×8的图像块，对每一个子图像块进行离散余弦变换；

①假设食品包装图像的大小为m×m，将其划分为8×8个互不重叠的子图像块，对每个图像块进行二维离散余弦变换得：

其中，c(u,v)表示子图像块的二维离散余弦变换系数，p(m,n)表示图像信号，u，v表示子图像的像素点，k为正整数，f(u,v)表示一个变换因子；

②f(u,v)的值由子图像块的像素点之间的关系决定：

(2)根据二维离散余弦变换的对称性，在进行图像变换时根据矩阵处理方法c＝sps^t，简化上述变换系数中的多项式计算，其中s表示图像矩阵，p表示图像，t表示转置，c表示变换系数；

b.选取变换后子图像块的低频分量，通过水印图像的置乱变换和离散余弦变换，获得水印图像的离散余弦变换系数；

(1)经过变换后的食品包装图像，其图像的所有像素值主要位于低频分量中，获取其低频分量；

①m×m图像经过离散余项变换后，图像的低频分量中包含了图像的主要信息，主要位于图像矩阵的左上方，而高频分量位于图像矩阵的右下方；

②通过忽略高频分量保留低频分量，完成原始图像的压缩，并获取图像的低频分量；

(2)采用随机数置乱方法，对数字水印图像进行置乱，并对置乱后的图像进行离散余弦变换；

①以取模形式完成水印图像的置乱，图像变换算式为：

其中，h′(x,y)表示置乱后的水印图像，h(x,y)表示原始图像，表示变换矩阵，t表示变换次数；

②利用上述算式对原始图像进行变换，其中以t和t作为密钥，根据密钥的取值变化产生不同的水印图像；

③利用步骤a-(1)-①对置乱后的水印图像进行相应的分块离散余弦变换；

c.通过乘性嵌入规则以及拉伸因子，将经过变换的水印图像嵌入到食品包装图像中，并利用相关检测器完成水印图像的检测；

(1)根据水印嵌入方式和检测方法选择合适的嵌入信道，用嵌入系数决定水印图像的嵌入强度；

进行水印嵌入的原始图像的系数序列称为信道，根据信道伪随机分布的特性以及乘性嵌入方式良好的抗失真性，利用乘性嵌入方式实现水印嵌入：

y^μ＝c(1+θμ)

其中，y^μ表示水印嵌入后图像，c表示水印嵌入前图像的变换系数，θ表示水印嵌入强度即拉伸因子，μ表示水印图像的离散余弦变换系数；

(2)计算包装图像与水印图像之间的相似性，通过比较阈值与相似性度量判断包装图像中是否含有水印；

①利用相关检测器计算嵌入水印后的包装图像与水印图像h之间的线性相关值：

比较检测结果relation与设定阈值z的大小，若relation>＝z，则图像中含有水印，否则图像中无水印；其中m表示图像的大小，i表示图像的第i个子图像块；

②检测阈值过大时，造成图像的漏检率增加，虚警率降低；检测阈值过小时，使得图像的虚警率增加，漏检率降低；利用图像检测的虚警率确定检测阈值，虚警率较大时增大阈值，否则减小阈值，完成水印图像的检测；

d.根据水印嵌入的逆过程，实现水印图像的提取，最终完成数字图像的水印处理。

对含有水印图像和原始食品包装图像分别进行相同的分割和变换，使用水印嵌入的密钥完成水印图像的提取；

①分割图像中分别含有相同的子图像块，随机选取其中相同的像素点利用步骤a进行图像的离散余弦变换，获得离散余弦变换系数：

其中，c′(u,v)表示子图像块的二维离散余弦变换系数，p′(m,n)表示图像信号，u，v表示子图像的像素点，k为正整数，f(u,v)表示一个变换因子；

②将水印嵌入时使用的密钥作为随机函数rand()的种子，在含水印图像与原始图像中分别随机选择相同的子图像块，并获得图像块的离散变换系数c′(u,v)和c(u,v)；

③利用

提取含水印图像中的水印，其中，l′(x,y)表示变换后的水印图像变换系数，r的取值决定水印图像的清晰度，当r∈[0.025,0.5]时能够提取完整清晰的水印信息，最终完成数字图像的水印处理。

综上所述，便实现了一种食品包装防伪数字图像的水印处理方法。在复杂性强且易篡改的数字图像水印处理任务中，本发明能够稳定、隐蔽地实现数字图像水印的嵌入、检测和提取，并可根据多项式变换的二维离散余弦变换方法，简化图像的变换过程，利用特定密钥完成水印图像的嵌入与提取，具有简捷可靠的有益效果。