CN101661609A - 适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，包括如下步骤：获取待添加水印的原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，获得原始图像和水印图像的RGB图像；将原始图像和水印图像由RGB图像转换到HIS空间，获得原始图像和水印图像的灰度图像；调整水印图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小，分块计算原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像的方差；根据方差，从原始图像待嵌入起始点开始将水印图像的灰度图像嵌入到原始图像的灰度图像中；将嵌入水印的原始图像由灰度图像还原到RGB图像；使用本方法可在原始图像的感兴趣区域(如人的脸部、眉毛)添加水印，添加的水印清晰可见，对彩色图像质量影响小。

Description

适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法

技术领域

本发明涉及图像数据的数字水印添加方法。

背景技术

伴随着数字技术和互联网络技术应用的进一步深入，各类数字媒体通过互联网络发布并传播，由网络知识产权侵权问题而产生的法律纠纷频繁发生，多媒体数字作品的版权保护与信息完整性保证逐渐成为迫切需要解决的一个重要问题。

解决上述问题的一个先决条件是多媒体数字作品的认证问题。传统上，一般采用密码技术保护数字作品。密码技术虽然能较好地保护传输中的内容，却无法解决当信息被接收并进行解密后的保护问题。数字水印的基本思想是在数字图像、音频或视频中嵌入信息，以便保护数字产品的版权、证明产品的真实可靠性。

近年来，数字水印技术作为多媒体作品的版权保护和内容认证的有力工具一直受到国内外学者的广泛关注。可见水印的特点是有目的地使所嵌入的水印信息为观察者所见，因此特别适合于标识版权，用于防止或阻止非法使用受版权保护的高质量图像，某些特定的水印信息往往还能起到广告的效应。

考虑到可见水印的这些特点，有一些媒体制作者，将他们的作品发布到互联网，目的是和网友分享信息，但他们都希望能够标识出版权所有者，因此希望在图片中嵌入具有特殊标识的水印信息，同时也起到了宣传他自己的作用。

还有一些媒体制作者，他们希望利用互联网出售他们的媒体作品，他们将作品嵌入可见水印再放到网页中宣传，用户可以直接下载含水印的作品，但若用户对原始作品感兴趣，由于水印很难被去除，因此必须支付一定的费用向所有者购买。

目前的数字水印添加方法，如公开号为CN101504758A的中国发明专利申请公布说明书所公开的基于DCT算法数字图像水印嵌入方法，其运算复杂度高，不适合于在互联网上实现；此外，不能采用彩色图像作为水印嵌入图像，不支持感兴趣区域嵌入水印，也是该发明的重要不足。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出了一种适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，可由用户选择在原始图像的感兴趣区域添加水印，添加的水印清晰可见，对彩色图像质量影响很小

本发明的目的是这样实现的：适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，包括如下步骤：

S1：获取待添加水印的原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，获得原始图像和水印图像的RGB图像；

S2：将原始图像和水印图像由RGB图像转换到HIS空间，获得原始图像和水印图像的灰度图像；

S3：调整水印图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小，分块计算原始图像原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像的方差；

S4：根据方差，从原始图像待嵌入起始点开始将水印图像的灰度图像嵌入到原始图像的灰度图像中；

S5：将嵌入水印的原始图像由灰度图像还原到RGB图像。

进一步，步骤S1中，是通过.NET Framework框架GDI+技术获取待添加水印的原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，并获得原始图像和水印图像的RGB图像；

进一步，步骤S1中是使用GDI+技术分别对获取的待添加水印的原始图像、水印图像进行如下处理，获得原始图像和水印图像的RGB图像：

S11：新建一个位图对象，用原始图像或水印图像初始化该位图对象，获得原始图像或水印图像的属性信息；

S12：新建一个颜色对象，用原始图像或水印图像初始化该颜色对象，获得原始图像或水印图像各像素点的RGB分量；

S13：利用各像素点的RGB分量更新位图对象中的各像素点，获得原始图像或水印图像的RGB图像；

S14：利用鼠标点击事件获取原始图像中水印图像的待嵌入起始点。

进一步，步骤S3具体包括如下步骤：

S31：调整水印图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小；

S32：对原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像分为多个子块；

S33：计算始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像各子块的方差V_mn；

S34：根据各子块方差的最大值V_max与最小值V_min计算各子块的归一化方差。

进一步，步骤S4具体包括如下步骤：

S41：通过下式计算原始图像感兴趣区域嵌入水印后的灰度图像的I分量：

$I_{\mathrm{ij}}^{\′}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{ij}}+(1-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}})\frac{I_{\mathrm{ij}}}{255}{W}_{\mathrm{ij}};$

式中，α_mn为原始图像感兴趣区域的灰度图像中子块(m，n)的归一化方差；I_ij为原始图像感兴趣区域子块(m，n)中位置(i，j)处的像素I分量，I′_ij为为原始图像感兴趣区域嵌入水印后的子块(m，n)中位置(i，j)处的像素I分量；W_ij为水印图像的子块(m，n)中位置(i，j)处的像素值的I分量；

S42：根据步骤S3的计算结果，更新原始图像感兴趣区域灰度图像的I分量，嵌入水印；

进一步，步骤S5通过下式将HIS空间图像转换为RGB空间图像：

当H在[0°，120°]之间：

当H在[120°，240°]之间：

当H在[240°，360°]之间：

进一步，步骤S5之后还包括如下步骤S6，通过.NET Framework框架GDI+技术将嵌入水印后的图像显示在网页中。

本发明提出的适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，算法简单可靠，可由使用者自由选择在原始图像的感兴趣区域(如人的脸部、眉毛)添加水印，添加的水印清晰可见，对彩色图像质量影响很小。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图1示出了本发明的流程示意图；

图2示出了本发明在互联网上应用的流程示意图；

图3示出了试验用的原始图像；

图4示出了一种试验用的水印图像；

图5示出了另一种试验用的水印图像；

图6示出了嵌入一种水印图像后的图像；

图7示出了嵌入另一种水印图像后的图像。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1，本实施例的适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，包括如下步骤：

S1：由.NET Framework框架GDI+技术获取待添加水印的原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，获得原始图像和水印图像的RGB图像；

.Net Framework框架中，提供了一套相应的功能强大的GDI+类库，提供了图形图像操作的应用程序编程接口(API)，能方便地通过互联网进行图形图像操作，具体包括如下步骤：

S11：位图(Bitmap)对象，用原始图像或水印图像初始化该Bitmap对象：Bitmap box＝new Bitmap(ImageUrl)，这样，新建的Bitmap对象box里面就包含了该图像的各种信息，可以使用如box.Width，box.Height获取图像的宽和高等属性。

S12：新建一个颜色(Color)对象，利用横纵坐标获取原始图像或水印图像中的某个像素信息来初始化该Color对象：Color color＝box.GetPixel(xPos，yPos)，这样新建的Color对象color中就包含该像素点的各种信息，可以使用color.R，color.G，color.B获取该像素的RGB分量，最终获得原始图像或水印图像各像素点的RGB分量；

S13：利用各像素点的RGB分量更新位图对象中的各像素点，获得原始图像或水印图像的RGB图像；

S14：利用鼠标点击事件获取原始图像中水印图像的待嵌入起始点。

S2：将原始图像和水印图像由RGB图像转换到HIS空间，获得原始图像和水印图像的灰度图像；

RGB色彩模型就是模型中的各种颜色都是由红、绿、蓝三基色以不同的比例相加混合而产生的，RGB色彩模型如下式所示：

C＝αR+βG+χB；

其中C为任意彩色光，α，β，χ为三基色R，G，B的权值。R，G，B的亮度值限定在0-255之间。每个像素的颜色都用三维空间的一个点来表示；

HSI模型是一种视觉生理模型，用色调(H，Hue)、色饱和度(S，Saturation)以及明度(I，Intensity)表示颜色特性。I分量只反映亮度或强度信息，与图像的彩色信息无关，它也是灰度图像提供的唯一信息，一般用RGB的平均值表示。

RGB色彩模型转换到HSI色彩模型的转换公式如下所示：

$\left\{\begin{array}{c}I=\frac{1}{3}(R+G+B)\\ S=1-\frac{3}{(R+G+B)}\left[\min (R+G+B)\right]\\ H=\arccos \left\{\frac{[(R-G)+(R-B)]/2}{{[{(R-G)}^2+(R-B)(G-B)]}^{1/2}}\right\}\end{array}\right.;$

S3：调整水印图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小，分块计算原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像的方差；具体包括如下步骤：

S31：调整水印图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小，所述感兴趣区域是指操作者欲嵌入水印图像的区域，如人面图像的脸部、眉毛等处；

S32：对原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像分为2ⁿ×2ⁿ个子块，优选为8×8个子块；

S33：计算始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像各子块的方差V_mn；

S34：根据各子块方差V_mn的最大值V_max与最小值V_min通过下式计算各子块的归一化方差：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}=\frac{V_{\mathrm{mn}}-V_{\min }}{V_{\max }-V_{\min }};$

S4：根据归一化方差α_mn，将水印图像的灰度图像嵌入原始图像的灰度图像的感兴趣区域；具体包括如下步骤：

S41：通过下式计算原始图像感兴趣区域嵌入水印后的灰度图像的I分量：

$I_{\mathrm{ij}}^{\′}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{ij}}+(1-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}})\frac{I_{\mathrm{ij}}}{255}{W}_{\mathrm{ij}};$

式中，α_mn为原始图像感兴趣区域的灰度图像中子块(m，n)的归一化方差；I_ij为原始图像感兴趣区域子块(m，n)中位置(i，j)处的像素I分量，I′_ij为为原始图像感兴趣区域嵌入水印后的子块(m，n)中位置(i，j)处的像素I分量；W_ij为水印图像的子块(m，n)中位置(i，j)处的像素值的I分量；

S42：根据步骤S3的计算结果，更新原始图像感兴趣区域灰度图像的I分量，嵌入水印；

S5：将嵌入水印后的I分量作为强度分量，结合原始彩色图像的色度信息，即H分量和S分量，将嵌入水印的原始图像由灰度图像再转换到RGB空间，即可得到嵌入可见水印的图像。当W_ij＝255或α_mn＝1时，原始图像的灰度值没有发生变化。当α_mn趋近于1时，I′_ij趋近于I_ij，即原始图像的灰度值改变不大，可见水印对原始灰度图像中的低细节子块的改动较大，原始灰度图像中的高细节子块几乎没有改变，嵌入的水印对原始彩色图像的影响很小。

通过下式将HIS空间图像转换为RGB空间图像：

当H在[0°，120°]之间：

当H在[120°，240°]之间：

当H在[240°，360°]之间：

S6：通过.NET Framework框架GDI+技术将嵌入水印后的图像显示在网页中。

利用数字图像感兴趣区域可见水印添加方法可在互联网上实现数字图像感兴趣区域可见水印的在线添加，原始图像和水印图像可由用户通过互联网网页上传，服务器由.NET Framework框架GDI+技术获取原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，也可选取系统自带的原始图像和水印图像，其实现流程图如图2示。

实验所使用的原始图像如图3所示，为320×320的lena图像，水印图像如图4、5所示。

在如图3所示原始图像中嵌入如图4所示水印图像后的图像如图6所示。

调整如图5所示水印图像大小，在原始图像上选择感兴趣的水印待嵌入起始点并嵌入后得到的水印图像如图7所示。

从实验结果可以看出，采用本方法添加的可见水印清晰可见，水印信息半透明的呈现在整幅图像中或者图像的某个区域中，效果较好。两幅含水印图像的峰值信噪比(PSNR)分别为23.4332和22.8661，信噪比(SNR)分别为17.7128和17.1457。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.适合于互联网络的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获取待添加水印的原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，获得原始图像和水印图像的RGB图像；

S2：将原始图像和水印图像由RGB图像转换到HIS空间，获得原始图像和水印图像的灰度图像；

S3：调整水印图像的灰度图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小，分块计算原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像的方差；

S4：根据方差，从原始图像待嵌入起始点开始将水印图像的灰度图像嵌入到原始图像的灰度图像中；

S5：将嵌入水印的原始图像由灰度图像还原到RGB图像。

2.如权利要求1所述的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于：步骤S1中，由.NET Framework框架GDI+技术获取待添加水印的原始图像、水印图像和原始图像中水印图像的待嵌入起始点，并获得原始图像和水印图像的RGB图像。

3.如权利要求1所述的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于：步骤S1中使用GDI+技术分别对获取的待添加水印的原始图像、水印图像进行如下处理，获得原始图像和水印图像的RGB图像：

S11：新建一个位图对象，用原始图像或水印图像初始化该位图对象，获得原始图像或水印图像的属性信息；

S12：新建一个颜色对象，用原始图像或水印图像初始化该颜色对象，获得原始图像或水印图像各像素点的RGB分量；

S13：利用各像素点的RGB分量更新位图对象中的各像素点，获得原始图像或水印图像的RGB图像；

S14：利用鼠标点击事件获取原始图像中水印图像的待嵌入起始点。

4.如权利要求1-3中任一项所述的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于：步骤S3具体包括如下步骤：

S31：调整水印图像大小至与原始图像感兴趣区域匹配的大小；

S32：对原始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像分为多个子块；

S33：计算始图像感兴趣区域的灰度图像和水印图像的灰度图像各子块的方差V_mn；

S34：根据各子块方差的最大值V_max与最小值V_min计算各子块的归一化方差。

5.如权利要求4所述的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于：步骤S4具体包括如下步骤：

S41：通过下式计算原始图像感兴趣区域嵌入水印后的灰度图像的I分量：

$I_{\mathrm{ij}}^{\′}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{ij}}+(1-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}})\frac{I_{\mathrm{ij}}}{255}{W}_{\mathrm{ij}};$

式中，α_mn为原始图像感兴趣区域的灰度图像中子块(m，n)的归一化方差；I_ij为原始图像感兴趣区域子块(m，n)中位置(i，j)处的像素I分量，I′_ij为为原始图像感兴趣区域嵌入水印后的子块(m，n)中位置(i，j)处的像素I分量；W_ij为水印图像的子块(m，n)中位置(i，j)处的像素值的I分量；

S42：根据步骤S3的计算结果，更新原始图像感兴趣区域灰度图像的I分量，嵌入水印。

6.如权利要求5所述的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于：

通过下式将HIS空间图像转换为RGB空间图像：

当H在[0°，120°]之间：

当H在[120°，240°]之间：

当H在[240°，360°]之间：

7.如权利要求5所述的数字图像感兴趣区域可见水印添加方法，其特征在于：步骤S5之后还包括如下步骤S6，通过.NET Framework框架GDI+技术将嵌入水印后的图像显示在网页中。

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