适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法、提取方法及介质

本发明涉及水印处理领域，尤其涉及一种适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法、提取方法及介质。

背景技术：

1、随着科技的日益发展，水印已经成为版权保护的一种重要技术手段。例如，诸如高分辨率的摄影产品、计算机图形以及卫星遥感图像等高保真数字图像对无损版权保护的需求逐渐增加。

2、传统的鲁棒水印嵌入方法虽然可以抵抗各种复杂的失真攻击，但是对数字图像的损失是不可逆的。因此，为了解决传统鲁棒水印嵌入方法对数字图像损失的不可逆问题，鲁棒可逆水印嵌入方法应运而生。

3、不过，现有的鲁棒可逆水印嵌入方法仅仅只能抵抗数字通道中的失真变换，无法抵抗嵌入有水印的图像因诸如打印捕获和屏幕拍摄失真所造成的这样的跨介质失真。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法。

2、本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种水印提取方法。该水印提取方法利用水印检测网络对图像中基于上述适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法嵌入的水印进行提取。

3、本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种可读存储介质。该可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法。

4、本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法，其特征在于，包括如下步骤：

5、步骤1，设定原始载体图像中待嵌入水印的子图像像素值；其中，原始载体图像标记为s，原始载体图像s的像素标记为i(x)，x＝(x,y,c)表示像素在空间位置(x,y)和第c个颜色通道的索引，ssub表示原始载体图像s中待嵌入水印的子图像，子图像ssub的像素标记为isub(x)，子图像ssub内第i个图像块标记为图像块的像素标记为iisub(x)，1≤i≤n，n表示子图像ssub具有的图像块总数量，图像块的像素iisub(x)的定义域表示为d，iisub(x)∈r8×8×3；

6、步骤2，根据相互正交的第一预设模板函数与第二预设模板函数，得到不同水印比特位在待嵌入水印的子图像内图像块中的含量；其中，图像块中水印比特位为1的含量表示为cw，图像块中水印比特位为0的含量表示为

7、cw＝∫iisub(x)·ew(x)dx，x∈d；

8、

9、

10、其中，w表示要嵌入的水印比特位，ew(x)表示第一预设模板函数，表示第二预设模板函数；ew(x)与互相正交，且ew(x)∈r8×8×3，

11、步骤3，基于所得图像块中不同水印比特位在该图像块中的含量判断是否满足嵌入条件：

12、当图像块中水印比特位为1的含量大于或者等于该图像块中水印比特位为0的含量时，判定当前水印比特位满足嵌入条件且能够成功嵌入该图像块，将当前水印比特位嵌入到该图像块；否则，判定当前水印比特位不满足嵌入条件且无法嵌入该图像块，转入步骤4；

13、步骤4，预设待嵌入水印的子图像内图像块对应的嵌入块，得到嵌入块与该图像块之间的像素修改残差，计算不同水印比特位在该嵌入块中的含量；其中，像素修改残差标记为γ(x)，对应图像块的嵌入块标记为嵌入块中水印比特位为1的含量标记为c'w，嵌入块中水印比特位为0的含量标记为

14、

15、c'w＝∫(γ(x)+iisub(x))·ew(x)dx；

16、

17、其中，表示嵌入块的像素；

18、步骤5，计算所得嵌入块中不同水印比特位含量之间的水印比特位含量差值；其中，嵌入块中水印位含量差值标记为△c'：

19、

20、步骤6，根据所得水印比特位含量差值，得到嵌入块对应的水印嵌入强度；其中，嵌入块siw对应的水印嵌入强度标记为△：

21、

22、步骤7，根据第一预设模板函数与第二预设模板函数，计算嵌入块内水印比特位像素的占比值；其中，嵌入块内水印比特位像素的占比值标记为w(x)：

23、

24、

25、步骤8，根据所得嵌入块内水印比特位像素的占比值，得到像素修改残差；其中，像素修改残差γ(x)的计算方式如下：

26、γ(x)＝round(sign(γ(x)))·w(x)·△；

27、步骤9，根据所得像素修改残差和子图像中的图像块像素，得到嵌入有水印的图像块像素，且以该嵌入有水印的图像块像素所处的图像作为带有水印的图像；其中，嵌入有水印的图像块像素如下：

28、

29、改进地，在该发明中，所述适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法还包括：在所述原始载体图像中选取最佳嵌入子图像，并将水印嵌入到该最佳嵌入子图像中的处理过程。

30、进一步地，在所述适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法中，所述最佳嵌入子图像的选取过程包括如下步骤：

31、步骤a1，计算所述原始载体图像的子图像中每个图像块的各像素在当前嵌入比特位下的最大可修改范围；其中，图像块的各像素在当前嵌入比特位下的最大可修改范围标记为b(x,w)：

32、γ(x)|<b(x,w)；

33、其中，k(x)将图像块分为两个不重叠的区域：

34、当k(x)≥0时，γ(x)≥0，该区域能嵌入水印比特1；当k(x)≥0时，γ(x)<0，该区域能嵌入水印比特0；

35、当k(x)<0时，γ(x)≤0，该区域能嵌入水印比特1；当k(x)<0时，γ(x)≥0，该区域能嵌入水印比特0；

36、步骤a2，根据所得各图像块的各像素在当前嵌入比特位下的最大可修改范围，分别得到各图像块的最大水印嵌入强度；其中，图像块的最大水印嵌入强度标记为

37、

38、

39、其中，min(δ(x,w))表示对数值δ(x,w)取最小值，表示对数值向下取整，abs(k(x))表示对数值k(x)取绝对值；

40、步骤a3，在所述原始载体图像中找到具有与所述嵌入块所对应水印嵌入强度最接近平均可嵌入强度的图像块作为最佳嵌入图像块，并且以该最佳嵌入图像块所处的子图像作为最佳嵌入子图像；其中，与所述嵌入块所对应水印嵌入强度最接近的平均可嵌入强度标记为

41、

42、其中，表示对所得所有的绝对值取最小值。

43、再进一步地，在所述适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法中，将水印嵌入到所述最佳嵌入子图像中的过程包括如下步骤：将最佳嵌入图像块所具有的最大水印嵌入强度替换掉所述步骤6中的嵌入块所对应的水印嵌入强度后，执行步骤7～9。

44、本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：水印提取方法，其特征在于，利用水印检测网络对图像中基于任一项所述适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法嵌入的水印进行提取。

45、进一步地，在所述水印提取方法中，所述提取过程包括如下步骤：

46、训练得到水印检测网络模型；

47、利用水印检测网络模型检测到所述图像中的水印掩码；

48、根据检测所得水印掩码确定所述图像中的嵌入有水印的目标子图像；

49、提取该目标子图像中的水印。

50、本发明解决第三个技术问题所采用的技术方案为：可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现任一项所述的适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法。

51、与现有技术相比，本发明的优点在于：该发明的适用于跨介质的鲁棒可逆水印嵌入方法通过设定原始载体图像中待嵌入水印的子图像像素值，根据相互正交的第一预设模板函数与第二预设模板函数得到不同水印比特位在待嵌入水印的子图像内图像块中的含量且基于各水印比特位含量大小关系，在判断出当前水印比特位不满足嵌入条件时，得到嵌入块与图像块之间的像素修改残差，基于各水印比特位在嵌入块中含量得到水印比特位含量差值，进一步得到嵌入块的水印嵌入强度，根据两个预设模板函数计算嵌入块内水印比特位像素的占比值，并确定最终的像素修改残差，再根据最终的像素修改残差和子图像中图像块像素得到嵌入有水印的图像块像素，以该嵌入有水印的图像块像素所处图像作为带有水印的图像，从而完成水印在图像中的嵌入。该鲁棒可逆水印嵌入方法可以在没有任何攻击条件下完全可逆，即可以对原始载体图像做复原处理，并提取出载体图像中的水印。此外，即便嵌入水印的载体图像在经历了诸如打印失真和屏幕拍摄失真后仍然可以高效地提取出该图像中所嵌入的水印信息，从而实现针对图像跨介质的鲁棒可逆水印嵌入。