彩色qr码嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法
【专利摘要】本发明涉及一种彩色QR码嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法，结合彩色QR码、Contourlet变换技术、DCT变换技术、SVD变换技术，采用彩色QR码作为原始水印信息。首先将彩色宿主图像和彩色QR码水印在RGB空间进行三通道分解，对分解后的三通道的水印分别进行混沌加密，然后对彩色宿主图像的每个通道图像进行Contourlet变换，取其低频进行DCT变换，取其直流分量构造新矩阵进行SVD变换得到奇异值矩阵，最后按对应通道将水印分别嵌入，SVD逆变换，DCT逆变换，Contourlet逆变换后得到含水印的彩色图像。与现有的彩色水印嵌入彩色图像的算法相比，本发明的方法具有较好的不可感知性和较强的鲁棒性。
【专利说明】
彩色QR码嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种彩色数字图像版权保护的数字水印技术，特别涉及一种彩色QR码 嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法。
【背景技术】
[0002] 近些年，随着互联网技术的迅猛发展，数字产品版权的保护变得越来越重要。彩色 图像的版权保护是一个重点。数字水印技术为彩色图像的版权保护提供了一条新的途径。 由于彩色图像在网络中经多次传输拷贝或破坏会导致图像受损，增加了水印提取的难度， 这对水印的提取有了更高的要求。
[0003] 现阶段针对彩色图像的数字水印算法已经有很多，但是嵌入的原始水印信息基本 上二值水印图像或灰度图像;一些算法具有一定的安全性，但是提取出的水印会有噪声或 部分缺失，基本上只能进行主观评价或结构相似度评价。大多数彩色图像水印算法不能够 解决彩色水印的嵌入，在一部分彩色水印嵌入的数字水印算法中，在提取有意义的彩色水 印后，因为图像的损坏，只能进行主观评价来衡量水印是否存在或水印代表的意义，缺少必 要的说服性。
[0004] 彩色QR码不仅能够对版权信息进行编码，作为水印嵌入宿主图像能够提高算法的 鲁棒性和安全性，并且在提取水印后能够通过解码工具解码，实现客观评价和自动识别。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种彩色QR码嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法，用于 提高彩色水印嵌入彩色图像水印算法的鲁棒性，解决现有算法在客观评价上存在的问题； 该方法能够在嵌入大容量水印的前提下，保证了水印嵌入后宿主图像的不可感知性，并且 该算法能够准确提取出彩色QR码，使水印算法的鲁棒性增强，同时提供了客观评价标准。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用了以下方案：
[0007] -种彩色QR码水印嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法，包括彩色QR码水印嵌 入彩色原始图像的方法和从含水印彩色图像中提取水印的方法，其特征在于：
[0008] 1)所述彩色QR码水印嵌入彩色图像的方法，包括以下步骤：
[0009] (8)将所要嵌入的信息用QR码转换器进行编码，得到标准QR二维码，同时将其转换 为彩色QR码；
[0010] (9)彩色QR码在RGB颜色空间三通道分解，并分别Logistic混沌加密，得到1為和 ffb；
[0011] (1 〇)彩色载体图像在RGB颜色空间三通道分离，分别为Ir、18和lb;
[0012] (11)对Ir、ljPIb分别进行二级Contourlet变换，分别取其低频分量然后分块进行 DCT变换，取DCT变换后的直流分量得到新的矩阵，对其进行SVD变换，分别得到Si、S2、S3;
[0013 ] (12)将加密后的水印信息Wr UPWb分别以乘以加权系数叠加到步骤(4)中最后的 奇异值矩阵Si、S2、S3上，再进行SVD变换得到奇异值矩阵S4、S5、S6和一正交矩阵U;
[0014] (13)为防SVD算法的虚警率，变换正交矩阵山的大小，得到Uw，将Uw嵌入到某一通道 Contourlet分解后的一高频信息中；
[0015] (14)对步骤（5)中得到奇异值矩阵S4、S5、S6进行SVD逆变换，DCT逆变换，二级 contourlet逆变换，得到含水印信息的三幅灰度图，在RGB颜色空间进行合并，得到含水印 图像；
[0016] 2)所述从含水印彩色图像中提取水印的方法，包括以下步骤：
[0017] A :将含水印图像在RGB颜色空间三通道分解，并对每个通道的图像进行 contourlet变换，得到低频分量；
[0018] B:提取对应高频分量Uw'与原有Uw相似性比较和判断，如果确定相似，继续提取水 印，如果不相似，停止提取。
[0019] C:每个通道单通道分别进行水印提取，以R通道为例。对其Contourlet变换后的低 频信息进行DCT变换，构造直流系数矩阵，对直流矩阵进行SVD变换得到奇异值矩阵，然后进 行SVD逆变换得到单通道水印信息，混沌算法解密。
[0020] D:将三通道水印信息在RGB颜色空间上合并，得到彩色QR码水印。并通过扫码工具 对提取出的彩色QR码进行解码。
[0021] 上述步骤完成后，对含水印图像进行常规图像攻击和几何攻击测试。
[0022] 本发明与现有的水印技术相比具有以下有益效果：
[0023] 本发明通过结合彩色QR码、混沌之乱技术、频域变换技术和奇异值分解技术的优 点，使得能将大容量彩色QR码水印嵌入彩色图像，并且嵌入后的不可感知性较好，普通图像 处理攻击和几何攻击后，能提取清晰的QR码并且能够成功解码，获得字符串信息，能够更准 确定位版权信息。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的彩色QR码水印嵌入流程图；
[0025] 图2是本发明的水印提取流程图；
[0026] 图3是图1水印嵌入和图2水印提取的效果图；
[0027]其中：a为载体图像，b为原始水印，c为含水印图像(PSNR = 69.1)，d为提取水印（成 功解码）；
[0028]图4是攻击测试部分效果图；
[0029]其中：（a)为JPEG压缩_30%，（b)为JPEG压缩_60%，（c)为JPEG压缩_90%，（d)为剪 切1/4，（ e为)高斯噪声_0.1，（ f)为椒盐噪声_0.3，（ g)为旋转45度，（h)为旋转60度，（i)为旋 转120度，（j)为旋转11度。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合附图对本发明所涉及的一种彩色QR码嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水 印方法的优选实施例作详尽的阐述，但本发明不仅限于该实施例。为了使公众对本发明有 彻底的了解，在以下优选实施例中进行了具体的步骤说明。
[0031] 本发明的实施是在Window 8(64位)系统下，选择彩色Lena图（大小为2048X2048) 和彩色QR码水印（大小为64\64)，使用1&^1 &&2010&仿真模拟软件进行仿真实验。
[0032]如图1，3所示，将彩色QR码水印嵌入彩色图像的方法，包括如下步骤：
[0033]步骤1:彩色载体图像在RGB颜色空间三通道分离，分别为Ir、UPIb。彩色QR码在 RGB颜色空间三通道分解，并分别混沌加密变换，得到Wr UPWb;
[0034] 步骤2:对应通道嵌入水印，以R通道为例。对Ir进行contourlet变换，得到低频分 量Irl和其中一高频分量Irh。对Irl进行8X8分块DCT变换，取每块变换后的直流分量构造Dr; [0035] 步骤3:Dr进行SVD分解，D^UiS^T，得到奇异值矩阵Si与正交矩阵UjPVi。将水印 Wr叠加到Si矩阵上，并进行SVD分解，得SdaWRz^S^T。然后计算替换直流 分量，DCT逆变换得到R通道低频信息；（a为水印嵌入系数，通常取a = 0.1)
[0036]步骤4:为防SVD算法的虚警率。变换正交矩阵山的大小，得到Uw，将Uw嵌入到一高频 信息Irh中，Irh*=Irh+0Uw。然后进行contourlet逆变换，得到嵌入水印后的R通道分量图像 Ir*; (0 = 0.1)
[0037]步骤5:G通道和B通道按步骤(2)、（3)和(4)嵌入水印和正交矩阵变换后矩阵Uw，分 别得到Ig*和lb*。三通道合成得到嵌入水印后的载体图像I*;
[0038]如图2,3所示，从含水印的彩色图像中提取彩色QR码水印，包括以下步骤：
[0039]步骤1:将含水印图像在RGB颜色空间三通道分解，并对每个通道的图像进行 contourlet变换，得到低频分量；
[0040] 步骤2:提取对应高频分量Uw'与原有Uw相似性比较和判断，如果确定相似，继续提 取水印，如果不相似，停止提取；
[0041] 步骤3:每个通道单通道分别进行水印提取，以R通道为例。对其低频信息Irl进行 DCT变换，构造直流系数矩阵D r#，对其SVD分解，Dr** = U3S3V3T。因水印视觉信息包含在嵌入 水印时U 2和V2矩阵，所以提取水印Wr* = (UCT-Si) /a;
[0042] 步骤4:按照步骤(3)，取出含水印图像G通道和B通道的水印Wg*和W b*;
[0043]步骤5:对提取出的水印分别作混沌加密逆变换，并三通道合并，得到水印图像Wt。 [0044]参照附图4,图4是水印攻击测试部分仿真效果图。
[0045]如图4所示，对含水印图像进行JPEG压缩攻击、剪切攻击、高斯噪声攻击、椒盐噪声 攻击、任意旋转攻击进行了模拟仿真实验。下面参看表1，表1是水印攻击测试数据表格。
[0047]表 1
[0048]如表1所示，PSNR为水印攻击图与原图的峰值信噪比，PSNR越小，说明失真越大。由 表格可以看出，在不受攻击的情况下，含水印图像与原始宿主图像的PSNR可达到69.1，具有 较好的不可感知性;在受到较强的攻击后，仍然能够提取出水印并且能够成功解码，说明算 法具有较强的鲁棒性。
【主权项】
1. 一种彩色QR码水印嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法，包括彩色QR码水印嵌入 彩色原始图像的方法和从含水印彩色图像中提取水印的方法，其特征在于： 1) 所述彩色QR码水印嵌入彩色图像的方法，包括以下步骤： (1) 将所要嵌入的信息用QR码转换器进行编码，得到标准QR二维码，同时将其转换为彩 色QR码； (2) 彩色QR码在RGB颜色空间三通道分解，并分别Logistic混沌加密，得到H和Zf6; (3 )彩色载体图像在RGB颜色空间三通道分离，分别为Λ Λ和Λ; (4) 对Λ· Λ肩7Λ分别进行二级Contourlet变换，分别取其低频分量然后分块进行DCT变 换，取DCT变换后的直流分量得到新的矩阵，对其进行SVD变换，分别得到S 1、S2、S3; (5) 将加密后的水印信息t、心和Zf6分别以乘以加权系数叠加到步骤(4)中最后的奇异 值矩阵S1、S 2、S3上，再进行SVD变换得到奇异值矩阵S4、S5、S6和一正交矩阵U; (6) 为防SVD算法的虚警率，变换正交矩阵￡/ι的大小，得到Λ，将i/r嵌入到某一通道 Contourlet分解后的一高频信息中； (7 )对步骤(5 )中得到奇异值矩阵S4、S5、S6进行SVD逆变换，DCT逆变换，二级con tour I e t 逆变换，得到含水印信息的三幅灰度图，在RGB颜色空间进行合并，得到含水印图像； 2) 所述从含水印彩色图像中提取水印的方法，包括以下步骤： A:将含水印图像在RGB颜色空间三通道分解，并对每个通道的图像进行contourlet变 换，得到低频分量； B:提取对应高频分量&与原有&相似性比较和判断，如果确定相似，继续提取水印，如 果不相似，停止提取； C:每个通道单通道分别进行水印提取，以R通道为例；对其Contourlet变换后的低频信 息进行DCT变换，构造直流系数矩阵，对直流矩阵进行SVD变换得到奇异值矩阵，然后进行 SVD逆变换得到单通道水印信息，混沌算法解密； D:将三通道水印信息在RGB颜色空间上合并，得到彩色QR码水印；并通过扫码工具对提 取出的彩色QR码进行解码。2. 根据权利要求2所述的彩色QR码水印嵌入彩色图像的强鲁棒性数字水印方法，其特 征在于:上述步骤完成后，对含水印图像进行常规图像攻击和几何攻击测试。
【文档编号】G06T1/00GK105931174SQ201610223794
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】魏代海, 王晓红, 孙业强, 王禹琛, 刘丽丽, 刘玄玄, 麻祥才, 郭少东, 李 杰, 况盛坤, 洪建华
【申请人】上海理工大学