专利名称:一种嵌入、检测虹膜水印信息的装置的制作方法
所属技术领域：
本发明涉及一种向数字图像中嵌入及时获取的虹膜水印信息，以及对其进行检测的装置，还涉及一种可以向所拍照片嵌入虹膜水印信息的数码相机。本发明属于数字图像水印技术。
背景技术：
数码相机是将成熟的数字化技术与传统相机相结合的产物。在数字化技术日益发展成熟的今天，数码相机由于其方便快捷时尚而得到男女老幼的亲睐。数码相机能够拍摄高质量的数字化图像，并可以允许你把它们通过网络迅速传播或者彩色打印机上打印输出。在方便快捷的同时，由于数码照片可以很容易地被各种软件进行修改和编辑，其作为照片的版权信息及真实完整性都被大大折扣。
目前，数字水印技术是一种较为有效的方法，用来防止和鉴别有恶意的个人或团体在没有得到数据文件所有者许可的情况下通过网络传播等方式肆意地复制和传播有版权保护的文档。数字水印技术是往多媒体数据(如图像、声音、视频信号等)中添加某些数字信息以达到版权保护等作用。我们利用在数码相机中内嵌数字水印装置，并利用特殊的水印信息，从而实现更佳的版权保护效果。
嵌入数字图像的水印信息可以是拍摄者的虹膜信息。虹膜是唯一能从外部看到的人体的内部器官，位于瞳孔之外，巩膜之内，纹理细节丰富，人的一生虹膜都不会发生变化，并且虹膜的采集为非接触性。虹膜在外形上没有遗传上的外显率，超越了解剖学形态，即使是同卵生双胞胎的虹膜也各不相同。从而虹膜具有唯一性、稳定性、受保护性的生物特征，虹膜识别是安全性能极高且较为复杂的身体识别技术。
现有技术中，Friedman在文献“GL.Friedman The trustworthy digitalcamera restoring credibility to the photographic image.IEEE Trans，Consumer Electron，Vol.39，PP.905-910，Nov.1993”中提出了一种基于数字签名的方法，用来确认数码相机照片的真实性，此方法是利用公开密钥体制，再通过相机中的私有密钥来生成图像的数字签名，作为另一文件保存，与图像一同发行。这样普通用户通过公开密钥，再结合图像文件及其数字签名文件，即可验证图像的真实性，但这种方法具有增加了存储空间、不便管理数字签名信息、不能探测失真情况的缺点。潜水周一等人在专利文献“向图像嵌入鉴定信息的系统及图像改变检测系统，申请号CN97121196.9，申请日1997.10.27”中提出了把图像分成两个区域，从图像的一个区域计算散列值，然后把得到的散列值利用像素块编码方法嵌入到图像的另一个区域，再用区域组合单元把两个区域合并起来。这个方法最大的缺点就是不能定位出图像被窜改的区域。WongP W在文献“Wong P W.A public key watermark for image verification andauthentication[A].InProc of the IEEE International Conference onImage Processing(ICIP’98)[C]，Chicago，Illinois，USA，1998，1455-459”中提出了一种用于图像认证的公开密钥水印方法。这种数字图像的水印算法是利用为图像分块来定位窜改的区域的，这种分块处理图像的方法如果使用在数码相机上，将大大降低数码相机的拍照速度，因此，用在数码相机上实用性并不理想。同一发明人在专利文献“数字图像水印的方法及相应装置和可添加水印的数码相机，专利申请号CN200510055680.8，申请日2005.3.23”中提出了一种数字图像水印添加和验证的方法和装置，以及一种可添加水印的数码相机，该文献揭示了如何利用脆弱数字水印技术来验证数字图像的真实完整性，从而实现了对数码照片的保真。但是，该文献没有提及如何实现数码照片的版权保护。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提出一种嵌入、检测虹膜水印信息的装置及可嵌入虹膜水印的数码相机。用这种数码相机拍出的照片，可以验证其版权信息。由于本发明中用作水印信息的为拍照人的原始虹膜，并且是在拍摄照片的同时获取拍照人的数字虹膜信息，以水印的方式嵌入数码照片中，从而可以通过从数码照片提取虹膜水印的方法，验证版权人信息，从而达到版权认证的效果。同时，也不影响数码照片的照片质量。
为了达到上述目的，本发明是这样进行的。
虹膜是瞳孔与巩膜间的环形可视部分，其表面包含了丰富的信息，如腺窝、皱褶、色素斑等，它在两到三岁之后就不再发生变化。另外，由于发育完全的虹膜不易受到外界的伤害而产生变化，因此没有任何虹膜的形状是完全相同的。即使同一个人的左眼和右眼的虹膜，形状也不相同。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。因此利用虹膜作为身份识别的技术是近年来飞速发展的生物识别技术之一。这种虹膜及其识别的系统原理在韩方、陆亨立著的“虹膜识别系统的研究”，发表于“计算机工程与应用，2002年17期”有所披露。
本发明利用数字水印技术，在图像成像之前，将拍摄同时采集的数字虹膜信息嵌入数字图像中，作为版权认证的依据，可以鉴别数字图像成像时的版权者身份。
数字水印处理系统可用以下的函数来表示WS(A、W、K、E、D)
其中A表示要保护的数字图像；K表示水印密匙；W表示水印，数字水印的产生一般为伪随机数等，W＝W(K，A)；E表示水印的嵌入算法，水印嵌入即为将水印嵌入到原始数字作品中，通式表示EW’＝E(A.E)通常的算法为IW，＝I(i)+α(i)W(i)加法原则IW，＝I(i)(1+α(i)W(i))乘法原则I(i)表示数字媒体幅值或变化系数，W(i)为水印，α(i)为强度系数。D表示数字水印的检测算法。DH(D(K，W’))，W’为嵌入水印后的图像，检测算法通常为相关检测，H表示经过检测算法后的决策结果，如H为1则表示有水印，如H为0，则表示为无水印。
在本发明中，揭示了在数字图像中嵌入虹膜水印的方法。该方法包括获取数字图像信息，获取原始虹膜的数字虹膜信息，利用数字水印技术在所述的数字图像信息中嵌入包含所述的数字虹膜信息的水印信息，得到一个含有所述的数字虹膜信息的新的数字图像信息三个步骤。
其中在上述第三步前还包括将提取的所述的原始虹膜的数字虹膜信息进行加密的步骤。因为虹膜信息涉及到个人身份识别，属于个人隐私，为了防止他人从这种嵌入数字虹膜信息的数字图像信息中提取虹膜信息，并用于其他非法目的，所以可以对加入水印前的数字虹膜信息进行加密。这样，就算提取出水印信息，由于该信息为加密信息，所以也会得到保护。
第一个发明提供了一种在数字图像中嵌入虹膜水印的装置。包括用来得到数字图像信息的获取图像数据的装置，用来得到原始虹膜的数字虹膜信息的获取虹膜数据的装置，用来利用数字水印技术在所述的数字图像信息中嵌入包含所述的数字虹膜信息的水印信息的水印嵌入装置。另外，还包括将提取的所述的原始虹膜的数字虹膜信息进行加密的加密装置。
第二个发明提供了一种可嵌入虹膜水印装置的数码相机，包括用来得到数字图像信息的获取图像数据的装置，用来得到原始虹膜的数字虹膜信息的获取虹膜数据的装置，用来利用数字水印技术在所述的数字图像信息中嵌入包含所述的数字虹膜信息的水印信息的水印嵌入装置。其中，获取虹膜数据的装置可以是包括用来框定眼球位置的虹膜采集平台和用来获取数字虹膜信息的虹膜信息采集器。所述的虹膜图像采集平台可以位于数码相机的取景框位置，也可以是位于数码相机背部的其他位置，比如在取景框旁边。这样，在拍摄数码相机的同时，可以同时获取拍摄者的虹膜信息。虹膜信息采集器可以是一个微型数码相机模块。另外，虹膜信息采集器也可以是红外线扫描模块，用来扫描用户眼球的虹膜信息。
普通的数码相机一般只备有普通获取图像数据的装置、中央数据处理器和存储装置。如上所述，在本发明的数码相机中，还添加了一个获取虹膜数据的装置。在本实施例中，将所述的用来框定眼球位置的虹膜采集平台放在取景框的位置，拍摄者在拍摄数码照片时，按动相机快门的同时，由于其眼球位于取景框的位置，该数码相机的获取虹膜数据的装置就能同时获得拍摄者的数字虹膜信息，然后把数字虹膜信息作为水印信息嵌入到同时拍摄的数码照片中，作为版权认证信息。虹膜信息采集器也可以是一个红外线扫描处理器，通过红外扫描将虹膜信息获取。虹膜信息采集器也可以是其它装置。
在本发明的数码相机中，另外添加了一个水印嵌入装置，该装置可以放在所述的数码相机中的中央数据处理器内。该装置将获取的数字虹膜信息以水印的形式嵌入到数码图像中，数字水印的嵌入方式为公有技术，这里不再作阐述。
第三个发明提供了一种检测数字图像中虹膜水印信息的数码相机，包括用来从所述的数字图像中利用相应的数字水印技术提取出嵌入的虹膜水印信息的提取水印装置，获取虹膜信息的虹膜获取装置，用来比较所述的虹膜水印信息和指定的虹膜信息，并判定结果的比较验证装置和输出所示的判定结果的输出装置。
该装置可以放在所述的数码相机中的中央数据处理器内，也可以作为单独的装置模块置于计算机之类的处理器中，对数码照片进行检测，判断其版权信息。照片检测的过程，包括数字信号的读取、从数字信号中利用相应的数字水印技术提取出隐藏的水印信息、解密提取出的水印信息、将解密后的水印信息和指定的数字虹膜信息进行比较，所述指定的数字虹膜信息可以是从存储在数码相机内的数字虹膜信息，或者从获取虹膜信息的装置及时提取的数字虹膜信息，如果二者相匹配，则说明该照片的版权者为指定的数字虹膜信息的寄主，版权认证成功，如果二者不匹配，说明该照片的版权者不是指定的数字虹膜信息的寄主，版权认证失败。比较采取的方法为数字虹膜信息对比技术，该技术为现有技术，这里不再阐述。
我们在检测照片的时候，还可以在Internet上建立认证中心，在该认证中心建立虹膜数据库，任何人都可以在这里检测图片的版权信息，并公证验证的结果。
此外，虽然本实施例是对于数码相机说明的，但本发明不限于此，而是可以适用于诸如数字视频等数字系统。而且，现在手机、PDA(掌上电脑)、笔记本，视频媒体播放器等都添加了数码相机的功能，也都可以适用本发明所述的装置。
另外，使用本发明的装置，也可以采用本发明所示的方法进行身份认证，如可以先获取特定者的虹膜信息，存入该装置中，然后在使用者使用时，必须比照原先存入的虹膜信息，从而判断使用者是否获得授权使用，如果未获授权，只能使用该装置中的部分功能，或者完全不能使用。甚至，在该装置没有开机的情况下，也可以使用前述的发法，如果没有授权，不能开机。
本发明“一种嵌入、检测虹膜水印信息的装置”的优点如下1、由于本发明采用拍摄者的数字虹膜为水印信息，在数码成像之前，就将及时获取的虹膜信息嵌入，从而可以对数码照片的版权进行认证，确认其版权信息。
2、由于本发明采用内置的水印嵌入系统，并且在照片成像前已经加上了水印信息，从最开始就保证了数码照片的版权信息的真实性。
3、本发明中，把获取虹膜信息的装置和水印嵌入装置都内置于数码相机中，实现了一体化，从而方便携带。
4、本发明在嵌入特征值时，根据人类的视觉特性，成功的将数据信息隐藏在图像视觉不敏感的区域，保证嵌入水印前后的图像视觉差别最小。
图1a是传统数码相机的前视图图1b是传统数码相机的后视图图2a是本发明数码相机的后视图图2b是本实施例数码相机的后视图图3是图2b所示的本实施例获取虹膜数据的装置的结构图图4是图2b所示的本实施例数码相机内部模块图图5是图2b所示的本实施例数码相机内部水印嵌入装置示意图图6是对应图5所示的本实施例验证照片的流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，并请参阅附图。
图1a所示是传统数码相机100的前视图，图1b所示是传统数码相机100的后视图。如图1a、1b所示，传统数码相机100包括快门装置101，取景框102，闪光灯106，主镜头104，液晶显示屏105，和用户输入装置103。用户输入装置103一般包括按键103A-103C。用户输入装置103允许用户输入数据并且选择使用相机的各种功能。
在操作上，用户通过取景框102或者液晶显示屏105，调整相机100的位置去获取所需要的景象。当相机100放置在适当位置时，用户按动快门装置101，从而获取所需要的景象。而光学图像通过主镜头104影射到图像传感器400，这里的信号都是光学信号。所获取的图像在液晶显示屏105上显示。闪光灯106是用户在处于光线状况不佳的区域内获取图像最佳光线效果时的辅助装置。用户输入装置103是用户输入数据并且选择使用相机100的各种功能的。
图2a是本实施例中的数码相机200的后视图。数码相机200可以用来作为普通数码相机的照相功能，同时可以获取拍摄者的虹膜信息，并且把该虹膜信息以水印的形式嵌入到所拍摄的数码照片中，从而可以判断所拍摄的数码照片的版权信息。数码相机200之所以可以实现此功能，是因为附加了本方明所阐述的方法和装置。如图2所示，数码相机200包括数码相机100的所用相同部件，同时包括虹膜采集平台201。
在本实施例中，虹膜采集平台201和取景框102结合为一个部件，如图2b所示。这样，在触动快门装置101的同时，当用户按动快门装置101时，一般是用眼睛通过取景框102来观察所需要获取的景象是否符合自己的要求。这样，虹膜采集平台201就可以框定眼球的位置，同时通过虹膜采集器采集用户的虹膜信息。快门装置按动后，数码相机200一方面通过主镜头104获取所需要的景象，另一方面同时通过虹膜采集平台201获取用户的虹膜影像。
在本发明中，虹膜采集平台201也可以放置在数码相机200后部的其他位置，比如将虹膜采集平台201放置在取景框102旁。
图3是图2b所示的本实施例数码相机的虹膜获取装置的示意图。虹膜采集平台201是数码相机200上的附属装置，在本实施例中和取景框为同一位置。获取虹膜的装置除了虹膜采集平台201，该平台为一个透镜，可以用来作为取景框，也可以用来框定用户眼球的位置。此外还有虹膜信息采集器，虹膜信息采集器包括一对红外线发光二级管202a、202b，一对不透明的光线挡板203a、203b，一个辅助镜头204和一个微型数码相机模块205，一个分光镜206。其中分光镜206包括一个二色镜，该分光镜的功能让可见光通过，让红外光线反射。
眼球300在拍摄影像时，正通过取景观察影像。因此，也正好处于虹膜采集平台201之平行位置。采集虹膜信息时，红外线发光二级管202a、202b发出红外光线，不透明的光线挡板203a、203b把红外线发光二级管202a、202b发出的向下光线挡住，并发射到虹膜采集平台201上。眼球300的虹膜信息通过红外光线到分光镜206上，由于是红外光线，发生反射到辅助镜头204。镜头204为一个辅助镜头，在本实施例中为一个微镜头，微镜头可以获得眼球的虹膜信的细微信息。辅助镜头204也可以是一个广角镜头。辅助镜头204将虹膜的光学信号传射到微型数码相机模块205，微型数码相机模块205将光学信号转换为数字信号，并最后存储在存储器中。同时，通过取景框102或者主镜头104得到的影像信息为可见光，发射到分光镜206，并穿过分光镜206和虹膜采集平台201，到达眼球300。这样，在用户拍摄数码照片的同时，眼球300一方面可以通过取景框看到所要获取的影像，一方面其虹膜信息也被获取，而不受影响。
另外，在本发明中，虹膜信息采集器也可以采用红外线扫描装置，与本实施例不同的是，在本实施例中采用的是面扫描虹膜的方法。获取虹膜的装置也可以是其他装置。
图4是图2b所示的本实施例数码相机200内部模块图。数码相机200包括主镜头104，虹膜采集平台201，辅助镜头204，图像传感器400，控制装置401，中央处理器402，动态存储器407，非易失性存储器403，内置控制软件404，水印嵌入软件405，数据输入/输出接口406，快门装置102，液晶显示屏105，用户输入装置103等。非易失性存储器403内存有内置控制软件404，内置控制软件404中包含有水印嵌入软件405。
当用户按动快门装置102，中央处理器402和控制装置401驱动图像传感器400获取图像，该图像包括从主镜头104所获取的主图像，也包括从辅助镜头204所获取的处于虹膜采集平台201平行位置的眼球300的虹膜图像。在本实施例中，图像处理器400为两个处理器，一个主图像处理器处理从主镜头104所获取的主图像，一个辅图像处理器处理从辅助镜头204所获取的与虹膜采集平台201平行的眼球300的虹膜图像。也可以将两个图像处理器合并为一个图像处理器。然后图像处理器400将代表图像的象素数据传输到中央处理器402。两个图像的象素数据都临时存储到动态存储器407，同时，主镜头104所获取的图像将在液晶显示屏105上显示。存储在非易失性存储器403中的内置控制软件404用来控制中央处理器402，内置控制软件404内还含有水印嵌入软件405，水印嵌入软件用来将获取的存储在动态存储器407中的眼球300的数字虹膜信息以水印方式嵌入数字图像中，最后得到一个新的数字图像，该图像最后存储在非易失性存储器403中。
在本发明中，内置控制软件404也可以包括用来检测水印信息的软件。通过用户输入装置103，选择数码相机200的图像检测功能，用内置控制软件404来对存储在非易失性存储器403内的数码照片进行水印检测，检测数码照片的水印信息，并进行虹膜比照，鉴定其版权信息。检测流程如图6所示。相关算法为已知技术，不再详述。
在本发明中，数码相机200可以用来限制用户使用数码相机200的功能，比如禁止非授权用户拍照或者观看存储在非易失性存储器403中的之前拍摄的照片。只有用户的虹膜信息和预先存储在非易失性存储器403中的授权的虹膜信息相吻合，才能使用这些功能。在本发明中，还可以限制在数码相机200关机的情况下，只有通过数码相机200的虹膜用户验证之后，数码相机200才能开机。
数据输入/输出接口406，是用来将数码相机200和诸如电脑、数码伴侣等电子设备相连接，在两者间传输数据信息的。比如将数码相机200中的图像数据下载到电子设备中。在本发明中，检测水印信息的软件也可以安装在这种电子设备中，对从数码相机200中的图像数据进行检测，检测数码照片的真实完整性，并同时进行虹膜比照，鉴定其版权信息。
图5是图2b所示的本实施例数码相机内部水印嵌入装置示意图。数码相机200包括主镜头104，辅助镜头204，图像传感器400(主图像传感器、辅图像传感器)，获取数字信号信号值的装置501，密钥计算装置502，加密装置503，嵌入水印信息的装置504，非易失性存储器403等。
获取数字信号信号值的装置501用于读取出数字信号的值，此数字信号是由光学图像反应到数码相机内的模拟信号转换成的数字信号；密钥生成装置502用于生成密钥；加密装置503用于利用密钥加密数字虹膜信息；嵌入水印信息的装置504用于利用数字水印技术将加密后的数字虹膜信息嵌入到数字信号中。
当图像通过主镜头104到图像传感器400，然后，图像传感器将信号传到获取数字信号信信号值的装置501，装置501读取出数字图像的数字信号的值。同时，眼球300的虹膜信息通过辅助镜头204到达图像传感器400，图像传感器将虹膜信号传到装置501，装置501读取出数字信号的值。然后，数字虹膜信号的值通过加密装置503，利用密钥生成装置502生成的密钥加密。最后，通过嵌入水印信息装置504，利用数字水印技术将加密后的数字虹膜信息嵌入到数字图像信号中。通过以上计算后，最终将含有数字虹膜水印的数字图像存储在非易失性存储器403内。
图6是对应图5所示的本实施例验证照片的流程图。验证数码照片的操作的步骤如下步骤601为数字信号的读取，先从无损格式的照片中还原出数字信号。步骤602从隐藏水印的信息中利用相应的数字水印技术提取出隐藏的水印信息。步骤603为利用公钥解密提取出水印信息。步骤604为比较所提取的水印信息和指定的数字虹膜信息，用来判定如果所述的水印信息和指定的数字虹膜信息相同，则判断所述的数字图像和所述的指定的数字虹膜信息相匹配，版权认证成功。如果所述的水印信息和指定的数字虹膜信息不同，则判断所述的数字图像和所述的指定的数字虹膜信息不匹配，版权认证失败。
在上述实施例中，讲述了如何利用本发明，在数码相机中实现将虹膜信息以水印的方式嵌入数码照片，并且对其进行验证的方法。此外，虽然本实施例是对于数码相机说明的，但本发明不限于此，而是可以适用于诸如数字视频等数字系统。而且，现在手机、PDA(掌上电脑)、笔记本，视频媒体播放器等都添加了数码相机的功能，也都可以适用本发明所述的装置。
以上实施例仅用以说明而非限制本方面的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任务修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求
范围当中。
权利要求
1.一种在数字图像中嵌入虹膜水印的装置，包括(1)获取图像数据的装置，用来得到数字图像信息；(2)获取虹膜数据的装置，用来得到原始虹膜的数字虹膜信息；(3)水印嵌入装置，用来利用数字水印技术在所述的数字图像信息中嵌入包含所述的数字虹膜信息的水印信息。
2.如权利要求
1所述的一种在数字图像中添加虹膜水印的装置，其特征在于还包括将提取的所述的原始虹膜的数字虹膜信息进行加密的加密装置。
3.一种可嵌入虹膜水印的数码相机包括(1)获取图像数据的装置，用来得到数字图像信息；(2)获取虹膜数据的装置，用来得到原始虹膜的数字虹膜信息；(3)水印嵌入装置，用来利用数字水印技术在所述的数字图像信息中嵌入包含所述的数字虹膜信息的水印信息。
4.如权利要求
3所述的一种可嵌入虹膜水印的数码相机，其特征在于获取虹膜数据的装置包括a、虹膜采集平台，用来框定虹膜图像的平台；b、虹膜信息采集器，用来获取数字虹膜信息。
5.如权利要求
4所述的一种可嵌入虹膜水印的数码相机，其特征在于所述的虹膜采集平台位于数码相机的取景框位置。
6.如权利要求
4所述的一种可嵌入虹膜水印的数码相机，其特征在于所述的虹膜图像采集平台位于数码相机的背部，以获取使用者操作数码相机时的虹膜信息。
7.如权利要求
4所述的一种可嵌入虹膜水印的数码相机，其特征在于所述的虹膜信息采集器包含一个数码成像模块。
8.如权利要求
4所述的一种可嵌入虹膜水印装置的数码相机，其特征在于所述的虹膜信息采集器包含一个红外线扫描模块。
9.一种验证数字图像中虹膜水印信息的数码相机，包括(1)提取水印装置，用来从所述的数字图像中利用相应的数字水印技术提取出嵌入的虹膜水印信息；(2)虹膜获取装置，获取虹膜信息；(3)比较验证装置，用来比较所述的虹膜水印信息和所述的虹膜信息，并判定结果；(4)输出装置，输出所示的判定结果。
专利摘要
本发明涉及向数字图像中嵌入及时获取的虹膜水印的装置，以及一种可以向所拍照片嵌入虹膜水印的数码相机，本发明属于数字图像水印技术。在本发明的数码相机中添加了一个获取虹膜数据的装置和一个水印嵌入装置。由于本发明中用作水印信息的为拍照人的原始虹膜，并且是在拍摄照片的同时获取拍照人的数字虹膜信息，以水印的方式嵌入数码照片中，从而可以通过从数码照片提取虹膜水印的方法，验证版权人信息，达到版权认证的效果。同时，也不影响数码照片的照片质量。
文档编号H04N5/225GK1996378SQ200510135692
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月31日
发明者冯军, 田新 申请人:北京华旗数码影像技术研究院有限责任公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan