CN101916427A - 一种基于空间域的图像水印添加方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间域的图像水印添加方法，包括将图像由RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间，计算图像各个像素的能量值，获取待添加水印的灰度图，在图像中查找出与水印的灰度图大小相同的区域，使该区域内所有的像素的能量值之和最大，作为水印的添加区域，并将水印添加到查找出的区域内，最终将完成水印添加的图像由CIE-Lab颜色空间转换回RGB颜色空间。本发明将水印添加在图像中视觉重要性最大的区域，当攻击者破坏水印时，不可避免地会引起图像质量严重下降，从而提高添加水印的稳定性、鲁棒性以及安全性。

Description

一种基于空间域的图像水印添加方法

技术领域

本发明涉及计算机图像处理技术领域，尤其涉及一种基于空间域的图像水印添加方法。

背景技术

随着因特网的日益普及，多媒体信息的交流已达到了前所未有的深度和广度，其发布形式也愈加丰富了。数字化形式的多媒体数据为多媒体信息的存取提供了极大的便利，同时也极大地提高了信息表达的效率和准确性，与此同时其版权保护也成为一个急需解决的问题。数字水印是在多媒体信息领域实现版权保护的直接而又有效的办法，该技术将具有特定意义的标记，利用数字技术嵌入并隐藏在需要保护的多媒体数据中，用以显示创作者对其作品的所有权。这种标记可以是文字、序列号、图像或其它有特殊标记作用的符号。嵌入到载体中的水印应以不破坏原数据欣赏价值、使用价值为原则，并尽可能保证其不被恶意破坏或破解。

目前，已经提出了各种各样的数字水印技术，例如基于空间域的数字水印嵌入算法，其中包括最低有效位算法等等。最低有效位算法首先根据密钥和输入的一个m序列产生随机信号，然后按一定规则排列成二维水印信号，并按像素点逐一插入到原始图像像素值的最低位。由于水印信号隐藏在最低有效位，因此在视觉上很难察觉。这种简单的添加这种算法虽然可以隐藏较多信息，容易实现，算法复杂度低，但隐藏位置不可靠，隐藏的信息可以轻易被移除，水印信息很容易被，算法鲁棒性差。

发明内容

本发明提供了一种基于空间域的图像水印添加方法，该方法基于图像像素的视觉特征重要性，将水印添加在图像中视觉特征最重要的地方。

一种图像水印添加方法，包括：

(1)将待处理的图像由RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间；

(2)计算变换到CIE-Lab颜色空间后的图像各个像素的能量值；

由于CIE-Lab颜色空间分离了颜色亮度和色彩变化，因此在CIE-Lab颜色空间里计算图像像素的能量值比在RGB颜色空间里计算得更准确。

(3)获取待添加水印的灰度图；

(4)在待添加的图像中查找一个与水印的灰度图大小相同的区域，使该区域内所有的像素的能量值之和最大，这个区域作为水印的添加区域；

(5)将水印添加到查找的区域内；

其添加过程为：将图像像素的亮度通道值和水印灰度图中的灰度值转换为二进制数，用水印灰度图中的灰度值的二进制数替换图像像素的亮度通道值的二进制数中的最低位，作为图像像素的新的亮度通道值。

(6)将添加水印后的图像由CIE-Lab颜色空间转换到RGB颜色空间。

与现有的添加方法相比，本发明能将水印添加在图像视觉最重要的地方，攻击者在破坏水印时，不可避免地会引起图像质量严重下降，从而提高添加水印的稳定性、鲁棒性以及安全性。

附图说明

图1是本发明方法的技术方案流程图；

图2是本发明计算像素能量值的算法示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于空间域的图像水印添加方法，包括：

(1)将待处理的图像由RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间；

RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间按照下面的公式进行转换：

$\left\{\begin{array}{c}L=0.299\×R+0.587\×G+0.114\×B\\ a=0.713\×(R-L)\\ b=0.564\×(B-L)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，R、G、B分别表示图像在RGB颜色空间内的红、绿、蓝颜色值；L表示图像在CIE-Lab颜色空间内的亮度通道值，a和b表示图像在CIE-Lab颜色空间内的两个彩色通道值。计算机中的图像文件一般以RGB颜色空间的形式保存，将图像从RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间中处理，是因为CIE-Lab颜色空间分离了颜色亮度和色彩变化，更能描述和反映人们对颜色的感知，计算的视觉重要性值更精准。而且，两种颜色空间的相互转换是可逆的。

(2)计算变换到CIE-Lab颜色空间后的图像各个像素的能量值；

在CIE-Lab颜色空间里计算图像各个像素的能量值比在RGB颜色空间里更精确。如图2所示，用P_i，j表示图像中的任意一个像素，L_i，j表示该像素的亮度通道值，a_i，j、b_i，j表示该像素的两个彩色通道值，该像素能量值S_i，j的计算公式为：

S_i，j＝|L_i，j-L_i+1，j|+|a_i，j-a_i+1，j|+|b_i，j-b_i+1，j|

                                                          (2)

+|L_i，j-L_i，j+1|+|a_i，j-a_i，j+1|+|b_i，j-b_i，j+1|

其中，L_i+1，j、a_i+1，j、b_i+1，j表示像素P_i，j竖直方向上相邻像素P_i+1，j的亮度通道值和两个彩色通道值，L_i，j+1、a_i，j+1、b_i，j+1表示像素P_i，j水平方向上相邻像素P_i，j+1的亮度通道值和两个彩色通道值。由式(3)可以看出，一个像素的能量值为该像素与其相邻像素相应颜色通道值之差的绝对值之和。因此，像素的能量值越大，表明该像素与其相邻像素的各个颜色通道梯度变化越剧烈，则其边缘特征就越强，视觉重要性相应也就越大。

(3)获取待添加水印的灰度图；

待添加的水印可以是一段文字、一个图标、一幅图像或其他各种传达某种信息的符号。由于水印只是用作标志性信息，其亮度不能太大，否则会对原图像造成破坏。一般，水印灰度图的亮度值在0～50之间。

对于文字水印，对其进行光栅化处理，得到M×N的矩阵形式的灰度图；

对于图像水印，其灰度图即为该图像水印在CIE-Lab颜色空间中的亮度通道值L。

(4)在待添加的图像中查找一个与水印的灰度图大小相同的区域，使该区域内所有的像素的能量值之和最大，这个区域作为水印的添加区域。

由于像素的能量值反应了像素的视觉重要性，按照本发明方法查找出的水印添加区域为原图像中视觉重要性最大的区域，将水印添加在这个区域可以有效的保护水印不被破坏。

(5)将水印添加到查找的区域内；

由于图像像素的亮度值在0～255之间，在计算机中，对图像像素的亮度通道值L用8位二进制数表示。水印的添加过程为，将水印灰度图矩阵每个元素的灰度值转换成二进制数，将该二进制数直接替换原图像像素亮度通道值的最低位，作为该像素新的亮度通道值。例如，原图像中某个像素的亮度通道值L为65，其8位二进制表示为00100001。待添加水印灰度图矩阵中对应元素的灰度值为3，其二进制表示为11，则添加水印后，该像素的亮度通道值L为00100011。若待添加水印灰度图矩阵中对应元素的灰度值为4，其二进制表示为100，则添加水印后，该像素的亮度通道值L为00100100。该像素的两个彩色通道值a和b不变。

改变这8位二进制数中较低位上的数值给图像信息带来的变化比改变较高位上的数值给图像信息带来的变化更小。按照本发明方法添加水印对原图像信息的破坏较小。

(6)将添加水印后的图像由CIE-Lab颜色空间转换到RGB颜色空间；

图像由CIE-Lab颜色空间转换到RGB颜色空间的转换方法如下：

$\left\{\begin{array}{c}R=L+1.403\×a\\ G=L-0.714\×a-0.334\×b\\ B=L+1.773\×a\end{array}\right.---\left(3\right)$

Claims (4)

1.一种基于空间域的图像水印添加方法，其特征在于，包含：

(1)将待处理的图像由RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间；

(2)计算变换到CIE-Lab颜色空间后的图像各个像素的能量值；

(3)获取待添加水印的灰度图；

(4)在图像中查找一个与水印的灰度图大小相同的区域，使该区域内所有像素的能量值之和最大；

(5)将水印添加到所查找出的区域；

(6)将添加水印后的图像由CIE-Lab颜色空间转换到RGB颜色空间。

2.根据权利要求1所述的基于空间域的图像水印添加方法，其特征在于，所述的图像像素的能量值的计算公式为：

S_i，j＝|L_i，j-L_i+1，j|+|a_i，j-a_i+1，j|+|b_i，j-b_i+1，j|

+|L_i，j-L_i，j+1|+|a_i，j-a_i，j+1|+|b_i，j-b_i，j+1|

其中，S_i，j表示第(i，j)个像素的能量值，L_i，j表示图像在CIE-Lab颜色空间中第(i，j)个像素的亮度通道值，a_i，j、b_i，j分别表示图像在CIE-Lab颜色空间中第(i，j)个像素的两个彩色通道值。

3.根据权利要求2所述的基于空间域的图像水印添加方法，其特征在于，所述的水印的灰度图中灰度值的范围为0～50。

4.根据权利要求3所述的基于空间域的图像水印添加方法，其特征在于，所述的步骤(5)将水印添加到所查找出的区域的方法为：

将图像像素的亮度通道值和水印灰度图中的灰度值转换为二进制数，用水印灰度图中的灰度值的二进制数替换图像像素的亮度通道值的二进制数中的最低位，作为图像像素的新的亮度通道值。

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