一种基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法与流程

本发明涉及多媒体图像安全防伪技术领域，更具体的，涉及一种基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法。

背景技术：

重要印刷品的保护一直是多媒体安全领域的热门研究主题，此前已有基于文本哈希隐藏、打印扫描过程信息损失、基于复制和扫描(p&s)过程敏感性的纹理二维码等方法用于印刷品防伪，但均未能得到一套防止印刷品在物理渠道被复制的解决方案；同时随着打印和扫描设备技术的改进，防伪印刷品的数量逐日增多，检测虚假发票、文凭、证书等重要有价值的印刷品成为如今研究的挑战。

技术实现要素：

本发明为克服现有印刷品保护技术存在缺乏防止印刷品在物理渠道被复制的方案的技术缺陷，提供一种基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法，包括以下步骤：

s101：选取双阶二维码扫描版本进行输入；

s102：对输入的双阶二维码进行纹理分类；

s103：根据分类结果，将纹理相同的图案匹配成纹理图案对；

s104：利用纹理图案对计算增强相关系数；

s105：将增强相关系数与认证阈值对比，完成双阶二维码的防伪认证。

其中，在所述步骤s101中，所述双阶二维码生成的具体过程为：

阶段1：使用s1纹理图案集，顺序替换普通矩阵式二维码数据区域中的所有暗模块，得到纹理二维码；阶段2：使用s2纹理图案集替换纹理二维码数据区域中的部分暗模块，从而得到双阶二维码。

其中，所述阶段1具体为：

选取二维码的相关信息，包括但不仅限于版本、纠错登记和模块大小，生成普通二维码i″0；选取s1纹理图案集逐行顺序扫描普通二维码i″0编码区域的暗模块d0，d1，d2，d3，...；利用s1纹理图案集按照的顺序，逐个替换普通二维码i″0数据区域中的所有暗模块，得到最终的纹理二维码i′0；

所述阶段2具体为：选取纹理二维码i′0并选取s2纹理图案集所述s2纹理图案集为s1纹理图案集经过一次p&s后的纹理图案集；逐行扫描纹理二维码i′0编码区域中嵌入的纹理图案，用s2纹理图案集按照的顺序，分组交替更换纹理二维码i′0中的部分纹理图案，最终得到双阶二维码i0。

其中，在所述步骤s102中，所述纹理分类具体为：将输入的双阶二维码ik的纹理图案分类为s1纹理图案和s2纹理图案其中，m，n均为常数，当k＝1时，ik表示真实的是真实的二维码的扫描版本；当k＝2时，ik表示输入的是伪造的二维码的扫描版本。

其中，在所述步骤s103中，所述纹理图案对匹配过程具体为：分类出s1纹理图案集和s2纹理图案集，再结合原始双阶二维码中的s1纹理图案集，将相同的纹理图案匹配成t1和t2两种不同的纹理图案对。

其中，所述的t1纹理图案对表示为其中纹理图案是输入的双阶二维码ik在分类出来的s1纹理图案，纹理图案是i0中的s1纹理图案；

所述的t2纹理图案对表示为其中纹理图案是输入的双阶二维码ik在分类出来的s2纹理图案，纹理图案是输入的双阶二维码ik在分类出来的s1纹理图案。

其中，在所述步骤s104具体为：根据纹理图案对的传统相关系数，根据传统相关系数计算增强相关系数的均值，即双阶二维码的认证增强相关系数。

其中，所述计算增强相关系数均值的过程具体为：

设两个随机向量x＝(x1，x2，...，xn)和y＝(y1，y2，...，yn)，其中随机向量x为s1纹理图案，随机向量y为s2纹理图案；

x与y中对应的分量组成一个元素对集合xy，其包含的元素为(xi，yi)(i＝1，2，...，n)，元素对集合xy分为三类，分别为：

第一类：两个元素对一致，即是集合xy中任意两个元素(xi，yi)与(xj，yj)的排行相同；

第二类：两个元素对不一致，集合xy中任意两个元素(xi，yi)与(xj，yj)的排行不相同；

第三类：两个元素对不确定，集合xy中任意两个元素(xi，yi)与(xj，yj)的排行不确定；

计算单个纹理图案的相关系数，具体公式为：

其中c表示在集合xy中的第一类元素对，d表示xy中的第二类元素对；因此所有纹理图案对得出的增强相关系数的均值具体公式为：

其中，corr(，)表示纹理图案对的肯德尔相关系数，k＝1，2表示是真实二维码的扫描版本和伪造二维码的扫描版本，系数α和β都是为0.1，radv2s是所有纹理图案对的增强相关系数的均值。

其中，所述步骤s105具体为：根据相关系数radv2s，与对比认证阈值th进行对比；若大于认证阈值th，则判输入ik的k＝1，即为真实的双阶二维码的扫描版本；反之则判输入ik的k＝2，即为伪造的双阶二维码的扫描版本；其中：认证阈值th通过实验得到。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供的一种基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法，通过对输入的二阶二维码中的纹理图案进行分类并形成两种不同的纹理图案对，再根据增强相关系数计算双阶二维码的增强相关系数的均值，最后根据均值判断双阶二维码的真伪，该方法对比传统的相关系数具有更大的防伪认证差值，具有更强的真伪分类可靠性，认证鲁棒性强，同时增强相关系数的提高有效地增强了真伪分类的可靠性。

附图说明

图1为基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法的流程示意图；

图2为嵌入的s1纹理图案集；

图3为普通二维码左上角截图；

图4为纹理二维码左上角截图；

图5为双阶二维码左上角截图；

图6为二维码可能存在被复制伪造的过程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，以qr码为例，一种基于增强相关系数的双阶二维码防伪认证方法，包括以下步骤：

s101：选取双阶二维码扫描版本进行输入；

s102：对输入的双阶二维码进行纹理分类；

s103：根据分类结果，将纹理相同的图案匹配成纹理图案对；

s104：利用纹理图案对计算增强相关系数；

s105：将增强相关系数与认证阈值对比，完成双阶二维码的防伪认证。

更具体的，如图2所示，在所述步骤s101中，所述双阶二维码生成的具体过程为：

阶段1：使用s1纹理图案集，顺序替换普通矩阵式二维码数据区域中的所有暗模块，得到纹理二维码；阶段2：使用s2纹理图案集替换纹理二维码数据区域中的部分暗模块，从而得到双阶二维码。

更具体的，如图3、图4所示，所述阶段1具体为：

选取二维码的相关信息，包括但不仅限于版本、纠错登记和模块大小，生成普通二维码i″0；选取s1纹理图案集逐行顺序扫描普通二维码i″0编码区域的暗模块d0，d1，d2，d3，...；利用s1纹理图案集按照的顺序，逐个替换普通二维码i″0数据区域中的所有暗模块，得到最终的纹理二维码i′0；

如图5所示，所述阶段2具体为：选取纹理二维码i′0并选取s2纹理图案集所述s2纹理图案集为s1纹理图案集经过一次p&s后的纹理图案集；逐行扫描纹理二维码i′0编码区域中嵌入的纹理图案，用s2纹理图案集按照的顺序，分组交替更换纹理二维码i′0中的部分纹理图案，最终得到双阶二维码i0。

在具体实施过程中，如图6所示，双阶二维码可能存在被复制伪造的过程，现今通过打印和扫描的方式来进行复制印刷品是主要的手段之一，因此从真实的双阶二维码的获取和存在复制伪造的双阶二维码的获取两种情况进行说明：

真实的双阶二维码的获取：数字格式的双阶二维码为原始的双阶二维码，定义符号为i0；i0经过打印至文档称为真实的双阶二维码，定义符号为ip0；ip0经过扫描成数字格式的二维码称作打印扫描双阶二维码，定义符号为i1，那么i1为真实的双阶二维码的扫描格式。

存在复制伪造的双阶二维码的获取：数字格式的双阶二维码为原始的双阶二维码，定义符号为i0；i0经过打印至文档称为真实的双阶二维码，定义符号为ip0；ip0经过扫描成数字格式的二维码称作打印扫描双阶二维码，定义符号为i1；i1再经过打印至文档称为伪造的二维码，定义符号为ip1，其中从ip0到ip1这一过程为存在复制伪造的过程；ip1再经过扫描成数字格式的二维码称作扫描格式的伪造二维码，定义符号为i2，那么i2为扫描格式的伪造双阶二维码。

更具体的，在所述步骤s102中，所述纹理分类具体为：将输入的双阶二维码ik的纹理图案分类为s1纹理图案和s2纹理图案其中，m，n均为常数，当k＝1时，ik表示真实的是真实的二维码的扫描版本；当k＝2时，ik表示输入的是伪造的二维码的扫描版本。

更具体的，在所述步骤s103中，所述纹理图案对匹配过程具体为：分类出s1纹理图案集和s2纹理图案集，再结合原始双阶二维码中的s1纹理图案集，将相同的纹理图案匹配成t1和t2两种不同的纹理图案对。

更具体的，所述的t1纹理图案对表示为其中纹理图案是输入的双阶二维码ik在分类出来的s1纹理图案，纹理图案是i0中的s1纹理图案；

所述的t2纹理图案对表示为其中纹理图案是输入的双阶二维码ik在分类出来的s2纹理图案，纹理图案是输入的双阶二维码ik在分类出来的s1纹理图案。

更具体的，在所述步骤s104具体为：根据纹理图案对的传统相关系数，根据传统相关系数计算增强相关系数的均值，即双阶二维码的认证增强相关系数。

更具体的，所述计算增强相关系数均值的过程具体为：

设两个随机向量x＝(x1，x2，...，xn)和y＝(y1，y2，...，yn)，其中随机向量x为s1纹理图案，随机向量y为s2纹理图案；

x与y中对应的分量组成一个元素对集合xy，其包含的元素为(xi，yi)(i＝1，2，...，n)，元素对集合xy分为三类，分别为：

第一类：两个元素对一致，即是集合xy中任意两个元素(xi，yi)与(xj，yj)的排行相同；

第二类：两个元素对不一致，集合xy中任意两个元素(xi，yi)与(xj，yj)的排行不相同；

第三类：两个元素对不确定，集合xy中任意两个元素(xi，yi)与(xj，yj)的排行不确定；

计算单个纹理图案的相关系数，具体公式为：

其中c表示在集合xy中的第一类元素对，d表示xy中的第二类元素对；因此所有纹理图案对得出的增强相关系数的均值具体公式为

其中，corr(，)表示纹理图案对的肯德尔相关系数，k＝1，2表示是真实二维码的扫描版本和伪造二维码的扫描版本，系数α和β都是为0.1，radv2s是所有纹理图案对的增强相关系数的均值。

更具体的，所述步骤s105具体为：根据相关系数radv2s，与对比认证阈值th进行对比；若大于认证阈值th，则判输入ik的k＝1，即为真实的双阶二维码的扫描版本；反之则判输入ik的k＝2，即为伪造的双阶二维码的扫描版本；其中：认证阈值th通过实验得到。

在具体实施过程中，本方法通过对输入的二阶二维码中的纹理图案进行分类并形成两种不同的纹理图案对，再根据增强相关系数计算双阶二维码的增强相关系数的均值，最后根据均值判断双阶二维码的真伪，该方法对比传统的相关系数具有更大的防伪认证差值，具有更强的真伪分类可靠性，认证鲁棒性强，同时增强相关系数的提高有效地增强了真伪分类的可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。