一种针对印刷图片的抗打印扫描数字水印方法与流程

本发明涉及数字图像信息隐藏及版权保护领域，尤其是涉及一种针对印刷图片的抗打印扫描数字水印方法。

背景技术：

图像在生活中随处可见，而且图像的版权保护也十分重要，因而面向图像的数字水印技术从诞生起就得到了人们的广泛关注，涌现了一大批的优秀算法来解决向图像中添加数字水印的问题。尤其是印刷图像的广泛使用和流传，使得抗打印扫描图像水印变得越来越炙手可热。

目前针对图像的数字水印方法主要分为基于空间域和基于频域两种方案。基于空间域方案的思路是通过直接在空间上改变图片的某些特征来进行水印嵌入，例如像素、灰度等特征。这种方案实现原理简单，运算量也小，但是鲁棒性比较差，普通的攻击就会破坏水印信息。基于频域的方案主体思路是利用宿主数据的变换域系数来嵌入水印信息，来保证水印嵌入后信息的鲁棒性和良好的视觉效果。相比于基于空间域的方案，基于频域的方案具有以下几个特点：

a.通过频域方案嵌入的数字水印鲁棒性更强，具有较强的抗攻击性。

b.通过频域方案嵌入的数字水印隐蔽性更好，具有良好的视觉效果，因为在频域嵌入水印会随机分配到空域不重要的位置，使得视觉性更好。

c.频域方案需要在鲁棒性和视觉效果中间做一个权衡。要想保证鲁棒性越好，水印的嵌入强度就需要越大，从而对视觉效果影响就越大；反之亦然。

d.频域方案可以兼容一些图像压缩算法。

现有的一些方案在水印鲁棒性，视觉效果上仍有不足，水印信息对抗打印扫描的效果不明显，无法抵抗打印扫描攻击。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种针对印刷图片的抗打印扫描数字水印方法，其具体技术方案如下。

一种针对印刷图片的抗打印扫描数字水印方法，包括水印信息嵌入和水印信息提取，所述水印信息嵌入为首先通过arnold变换加密水印信息，然后经分析打印扫描前后图像的dwt系数来将水印信息嵌入到图像的频域；所述水印信息提取为首先通过分析打印扫描前后图像的dwt系数来提取出隐藏在图像的频域中的水印信息，然后经arnold逆变换处理生成原始水印图像。

进一步的，所述水印信息嵌入具体包括如下步骤：

步骤一，对水印图像进行arnold置乱处理，产生置乱处理后的水印图像w，然后分别提取出w中的黑色像素点位置集合wb和白色像素点位置集合ww，再将w二值化，白色像素点记做1，黑色像素点记做0，得到由0和1组成的水印信息；

步骤二，根据水印图像的尺寸大小对宿主载体图像进行分块，将所述宿主载体图像切分成若干个m×m的分块图像，其中m为水印图像的尺寸大小的4倍以上；

步骤三，对每个分块图像进行二级离散小波分解，求取经二级离散小波分解后的图像hh2子带小波系数，保存为集合x，并且初始化x′＝x；

步骤四，根据水印信息对经二级离散小波分解后的图像进行水印嵌入，所述水印嵌入公式为：其中k代表水印嵌入强度，(i,j)表示水印信息嵌入到经二级离散小波分解后的图像中小波系数的位置，当嵌入到(i,j)位置时，水印信息是0，则(i,j)位置的小波系数为k，反之则为-k，得到在二级离散小波分解后的图像hh2域嵌入水印信息后的图像；

步骤五，水印信息嵌入完成后，用嵌入水印信息后的小波系数x′去代替x，然后将分块图像利用小波逆变换进行还原，最后将分块图像组合起来，得到嵌入水印信息后的灰度图像。

进一步的，所述水印信息提取具体包括如下步骤：

步骤一，根据水印图像的尺寸大小对宿主载体图像进行分块，将所述宿主载体图像切分成若干个m×m的分块图像，其中m为水印图像的尺寸大小的4倍以上；

步骤二，对每个分块图像进行二级离散小波分解，得到二级离散小波分解后的图像hh2子带频域系数集合xn，p，其中n代表第n个子图；

步骤三，根据公式提取每个子图hh2子带频域系数中隐藏的水印信息，其中(i，j)代表坐标位置，wn代表从第n个子图中提取出的水印信息；

步骤四，根据边缘进行子图权重计算，计算公式为其中pn代表第n个子图的权重，nn为第n个子图的边缘点数，sum为总的边缘点数；

步骤五，根据权重进行水印信息合并，计算公式为wp′(i，j)＝∑npn×wn(i，j)和其中wp(i，j)即为根据每个子图权重进行合并后生成的水印信息；

步骤六，通过对wp(i，j)进行arnold逆变换处理来生成最原始的水印图像。

有益效果：

本发明的一种针对印刷图片的抗打印扫描数字水印方法具有水印信息安全性高，视觉效果好，鲁棒性好的优点。

附图说明

图1为本发明的水印嵌入流程图；

图2为本发明的水印提取流程图；

图3a为本发明的宿主载体图像lena图像示意图；

图3b为本发明的一次arnold变换示意图；

图3c为本发明的两次arnold变换示意图；

图3d为本发明的三次arnold变换示意图；

图4a为本发明的原始载体图像示意图；

图4b为本发明的第一级小波分解示意图；

图4c为本发明的第二级小波分解示意图；

图4d为本发明的载体图像小波分解示意图；

图5a为本发明的水印图像；

图5b为本发明的嵌入水印后的图像；

图5c为本发明的提取出的水印图像；

图6a为本发明的在打印扫描后的图像；

图6b为本发明的在打印扫描后提取出的水印信息效果图像。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。

如图1和图2所示，所述一种针对印刷图片的抗打印扫描数字水印方法包括水印信息嵌入和水印信息提取。

具体的，如图3a-3d、图4a-4d、5a-5c和图6a-6b所示，所述水印信息嵌入包括如下步骤：

步骤一，对水印图像进行arnold置乱处理，产生置乱后的水印图像w，然后分别提取出w中的黑色像素点位置集合wb和白色像素点位置集合ww，然后将w二值化，白色像素点记做1，黑色像素点记做0，得到由0,1组成的水印信息；

步骤二，根据水印图像的尺寸大小对宿主灰度图像进行分块，将所述宿主灰度图像切分成若干个m×m的分块图像，其中m为水印图像的尺寸大小的4倍以上，以保证水印信息能够嵌入到分块图像中；

步骤三，对每个分块图像进行二级离散小波分解，求取经二级离散小波分解后的图像hh2子带小波系数，保存为集合x，并且初始化x′＝x；

步骤四，根据水印信息对经二级离散小波分解后的图像进行水印嵌，嵌入公式如(1)所示，其中k代表水印嵌入强度，k越大，强度越大，水印信息的鲁棒性越高，但是相应的视觉效果就会更差，因此需要合适选择；其中(i,j)表示水印信息嵌入到经二级离散小波分解后的图像中小波系数的位置，若嵌入到(i,j)位置时，水印信息是0，则(i,j)位置的小波系数为k；反之则为-k，得到在在二级离散小波分解后的图像hh2域嵌入水印信息后的图像；

步骤五，水印信息嵌入完成后，用嵌入水印信息后的小波系数x′去代替x，然后将分块图像利用小波逆变换进行还原，最后将分块图像组合起来，得到嵌入水印信息后的灰度图像。

所述水印信息提取包括如下步骤：

步骤一，根据水印图像的尺寸大小对宿主载体图像进行分块，将所述宿主载体图像切分成若干个m×m的分块图像，其中m为水印图像的尺寸大小的4倍以上；

步骤二，对每个分块图像进行二级离散小波分解，得到二级离散小波分解后的图像hh2子带频域系数集合xn，p，其中n代表第n个子图；

步骤三，根据公式(2)提取每个子图hh2子带频域系数中隐藏的水印信息，其中(i，j)代表坐标位置，wn代表从第n个子图中提取出的水印信息；

步骤四，根据边缘进行子图权重计算，计算公式如式(3)所示，其中pn代表第n个子图的权重，nn为第n个子图的边缘点数，sum为总的边缘点数；

步骤五，根据权重进行水印信息合并，计算公式如式(4)和式(5)所示，其中wp(i，j)即为根据每个子图权重进行合并后生成的水印信息；

w′p(i，j)＝∑npn×wn(i，j)(4)

步骤六，通过对wp(i，j)进行arnold逆变换处理来生成最原始的水印图像。