CN102456212A - 一种数值图像中可见水印的分离方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数值图像中可见水印的分离方法及系统，属于数字图像处理技术领域。本发明首先扫描带有半透明水印的纸质文件，获取数值化的原始图像；然后将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像；最后以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像。为了获得效果更好的背景水印图像，还可以对背景水印图像进行边缘修正、膨胀和去噪点等修正操作。本发明能够自动并准确地将纸质文件中的半透明水印以二值图像的方式分离出来，无需借助特定的硬件，水印提取效率高，并节约了成本。

Description

一种数值图像中可见水印的分离方法及系统

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，具体涉及一种数值图像中可见水印的分离方法及系统，特别适用于分离纸质文件中未被文件主要内容覆盖的半透明水印。

背景技术

数字水印技术是信息处理领域的一个研究热点，从水印是否可见的角度，可将水印分为可见与不可见两种。其中可见水印有多种形式，常见的如半透明的背景图、文；从广义上看，标签、条码等可纳入可见水印的范畴。可见水印常用于以下几种情况：

(1)需要通过水印快速鉴别水印载体的真伪，例如纸币中的水印，可通过观察其中的水印快速进行鉴别纸币的真伪。这种使用场合一般要求无需很专业设备，凭人眼即可快速鉴别；类似的例子还有在图书加入“样张”、“试读”等半透明水印等，使人一眼即可知道水印所表达的意义。

(2)需要专门的设备、系统进行识别，例如票据上标签、条码的识别等，人眼可轻易看到这些水印，但要了解其中写携带的具体信息，则需要将携带信息的水印提取出来，才能进行下一步的识别操作。本发明是针对后一种情况，即需要用软件将水印自动提取出来，以进行后续的操作。

现有技术中，在可见水印分离的研究方面，多是针对纯数值形式的图像进行的，例如中国专利申请(公开号：CN1945623，公开日期：2007.4.11)公开的一种数字图像分块局部加密的可去除可见水印方法。而针对纸质文件扫描后形成的图像进行研究的则较少。对于扫描后的图像而言，由于扫描是一种信息细节损失严重的操作，尤其是当水印是以半透明的形式存在时，其颜色较淡，扫描照成水印信息的丢失是很严重的。可见，对纸质文件扫描后形成的图像进行分析来提取水印难度较大。在需要对水印进行提取以进行后续操作的场合，目前一般采用硬件专用芯片处理，例如扫描枪；或采用人工观察的形式，例如中国专利申请(公开号：CN1614600，公开日期：2005.05.11)公开了一种在纸质文件的公章上携带水印的方式，即在章的边沿上用特殊印泥印上一圈字符；需要对带章的纸质文件进行真伪鉴别时，用验钞灯照射纸质材料上的章，则人眼可识别出这些字符，再将字符输入检测系统进行后续的判断。这类方法的缺点是需借助特定的硬件，成本高，自动化程度低。

综上所述，对纸质材料上的半透明水印进行扫描形成图像后再提取的问题，目前尚缺乏有效的手段；进而使后续对水印信息的利用依赖于人工，或特定的硬件，自动化程度不高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种自动分离数值图像中可见水印的方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种数值图像中可见水印的分离方法，包括以下步骤：

(1)扫描带有半透明水印的纸质文档，获取数值化的原始图像；

(2)将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像；

(3)以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像。

一种数值图像中可见水印的分离系统，包括用于扫描带有半透明水印的纸质材料，获取数值化的原始图像的扫描装置；

用于将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像的二值化装置；

以及用于以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像的水印获取装置。

本发明所述方法及系统，通过二次二值化的手段，结合膨胀、去噪等技术，能够自动并准确地将纸质文件中的半透明水印以二值图像的方式分离出来，无需借助特定的硬件，水印提取效率高，并节约了成本。

附图说明

图1是具体实施方式中数值图像中可见水印的分离系统的结构框图；

图2是具体实施方式中数值图像中可见水印的分离方法的流程图；

图3a是具体实施方式中所述实例原始图像的主要内容示意图，图3b是所述实例背景水印图像的示意图；

图4是具体实施方式中所述实例将原始图像进行二值化处理后所获得的图像示意图；

图5是具体实施方式中所述实例背景水印图像的示意图；

图6是具体实施方式中所述实例背景水印图像中存在边缘噪音点的局部放大示意图；

图7是具体实施方式中所述实例对背景水印图像不进行边缘修正直接进行二值化处理后存在大量噪声的效果示意图；

图8是具体实施方式中所述实例对背景水印图像进行边缘修正后的效果示意图；

图9是具体实施方式中所述实例对边缘修正后的背景水印图像进行二值化处理后的效果示意图；

图10是具体实施方式中所述实例对二值化后的背景水印图像进行膨胀处理后的效果示意图；

图11是具体实施方式中所述实例对膨胀后的背景水印图像进行去噪处理后的效果示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：首先将包含半透明水印的纸质文件扫描为灰度图像或彩色图像，作为原始图像，然后对原始图像进行二值化处理，目的是提取出原始图像中除水印外的主体图案、文字等内容。提取出这些元素后，把原始图像中相应位置的像素点置为白色，即可将原始图像中主要的图案、文字等内容去除，保留下水印图案。但此时获得的水印图案还较为粗糙，因此需要对其进行边缘修正、膨胀、去噪点等修正操作，从而获得效果较好的二值化水印图像。下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细描述。

图1示出了本实施方式中数值图像中可见水印的分离系统结构。如图1所示，该系统包括扫描装置11，与扫描装置11连接的二值化装置I12，与二值化装置I12连接的水印获取装置13，与水印获取装置13连接的边缘修正装置14，与边缘修正装置14连接的二值化装置II15，与二值化装置II15连接的膨胀装置16，与膨胀装置16连接的去噪装置17。

扫描装置11用于扫描带有半透明水印的纸质文件，获取数值化的原始图像。二值化装置I12用于将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像。水印获取装置13用于以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像。边缘修正装置14用于对背景水印图像进行边缘修正处理。膨胀装置15用于在对背景水印图像进行边缘修正后对修正后的背景水印图像进行膨胀处理。去噪装置16用于在对背景水印图像进行膨胀处理后对膨胀后的背景水印图像进行去噪处理。

图2示出了采用1所示系统分离数值图像中可见水印的方法流程。如图2所示，该方法包括以下步骤：

(1)扫描装置11扫描带有半透明水印的纸质文件，获取数值化的原始图像。

为了使纸质文件上的半透明水印被保留下来，在使用扫描装置11扫描纸质文件时，不能将扫描类型设置为黑白二值图像，否则水印就会被抹去。应将纸质文件扫描为灰度图像或彩色图像，作为原始图像。如果纸质文件上并无彩色内容，仅仅是黑白或灰度内容的情况，则扫描为灰度图像较彩色图像更快捷，且占用更少的磁盘空间。

以图3a和图3b所示原始图像为例。图3a为原始图像的前景图像，即正文部分，图3b为半透明的背景水印，为了显示清楚，将原始图像的前景图像和背景水印图像进行了分开显示，且背景水印显示为非半透明。本实例中，将带有半透明水印的单据扫描成了灰度图像。原始图像中的主要内容为“北京大学人民医院微生物检验报告单”，背景图像为由文字组成的半透明水印。

(2)二值化装置I12将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像。

二值化方法在数值图像处理领域中是较为成熟的方法，其原理此处不再赘述。由于半透明水印颜色较淡，根据数字图像二值的原理，半透明水印会被归为背景部分，因而被抹去，剩下的部分是图像的真正内容及部分噪音。

上述实例中，如图4所示，将原始图像进行二值化处理后获得的图像为原始图像中的主要部分，且为黑白二值图像。由于此图像在后续操作中起到“掩码”的作用，因此将其称之为前景掩码图像。

(3)水印获取装置13以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像。

将前景掩码图像与原始图像进行“与”操作，获取背景水印图像。具体过程为：将前景掩码图像与原始图像进行重叠，逐个扫描前景掩码图像上每个像素点的颜色。如果像素点的颜色是黑色，则将原始图像上与该像素点对应的像素点(简称对应点)的颜色置为白色；否则保留原始图像上对应点的颜色。经过“与”操作后，原始图像上的主要内容大多被抹去，剩下的部分主要由半透明的水印构成，将该图像称之为背景水印图像。

上述实例中，从原始图像中提取出的背景水印图像如图5所示。

此时获得的背景水印图像还较为粗糙，为了获得效果更好的背景水印图像，还需要对背景水印图像进行边缘修正、膨胀和去噪点等修正操作。

(4)边缘修正装置14参照前景掩码图像，对背景水印图像进行边缘修正处理。

由于在较深的图案或文字与较浅的背景交界处存在中间过渡色，而在获取的前景掩码图像中，这些像素点被置为了白色，因而在进行“与”操作中，背景水印图像中对应的像素点会遗留下来。上述实例中，如图6所示，在背景水印图像的正文边缘产生了大量明显的噪音点。此时，如不对这些噪音点进行边缘修正而直接进行下一步的二值化操作，则结果如图7所示。可见这些像素点将产生大量的噪声。

修正这些噪音点可采用如下方法：参考前景掩码图像，收集前景掩码图像中所有黑白交界的边缘点及边缘点的N领域点，N为经验值，与扫描时设定的图像分辨率有关，分辨率越高，N值应设置得越大。可参考下面的分段函数取值：

$N=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{Dpi}<150\\ 2& 150\&le;\mathrm{Dpi}<400\\ \mathrm{Dpi}/150& \mathrm{Dpi}\&GreaterEqual;400\end{array}\right.$

其中，Dpi表示扫描时设定的图像分辨率。

上述实例中，扫描分辨率为300Dpi，因此N取2。在背景水印图像中，将与收集像素点对应位置的像素点颜色置为白色，则图5中所示的边缘过渡点基本被抹掉，避免产生大量噪音。所得边缘修正后的背景水印图像如图8所示。

(5)二值化装置II15对边缘修正后的背景水印图像进行二值化处理。

经过边缘修正后，由于颜色较深的图案、文字及其边缘过渡点已被消除，因此此时背景水印图像主要由水印构成，外加部分噪音点。虽然这些水印点颜色较淡，但经过二值化算法进行处理后，水印点基本会被划分为黑色点。白色背景大多数被划分为白色点，从而获取到了效果较好的水印图案。所得二值化后的背景水印图像如图9所示。

(6)膨胀装置16对二值化后的背景水印图像进行膨胀操作。

对二值化操作造成的断笔进行修补。由于在对背景水印图像进行二值化操作后，部分水印中较浅的部分被划为白色，从而出现了部分断笔现象。适度的膨胀操作可使部分断笔的部分重新连接起来。关于膨胀操作的具体方法可参见《数字图像处理学(第二版)》(阮秋琦，电子工业出版社，ISBN：9787121038044)第450页内容，此处不再赘述。

上述实例中，向外膨胀2个像素，所得膨胀后的背景水印图像如图10所示。

(7)去噪装置17对膨胀后的背景水印图像进行去噪操作，其目的是去除掉部分孤立的、小的噪音点。

本步骤中，可以使用任意的孤立点去噪算法，典型地，可使用求连通域后去噪的方法。连通域的求法在数字图像处理文献中介绍较多，例如《数字图像处理原理与运用》(清华大学出版社，ISBN：9787302152224，作者：TinkuAcharya Ajoy K.Ray)，此处不再赘述。连通域的大小M的设置为经验值，与扫描图像时设定的图像分辨率有关，分辨率越高，M值应设置得越大。可参考下面的分段函数取值：

$M=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Dpi}/6& \mathrm{Dpi}<150\\ 80& 150\&le;\mathrm{Dpi}<400\\ \mathrm{Dpi}/4& \mathrm{Dpi}\&GreaterEqual;400\end{array}\right.$

上述实例中，扫描分辨率为300Dpi，N取80。所得去噪后的背景水印图像如图11所示。

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同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种数值图像中可见水印的分离方法，包括以下步骤：

(1)扫描带有半透明水印的纸质文件，获取数值化的原始图像；

(2)将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像；

(3)以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像。

2.如权利要求1所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：步骤(1)中将所述纸质文件扫描成灰度图像。

3.如权利要求1所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：步骤(3)中所述从原始图像中提取出背景水印图像的过程如下：

扫描前景掩码图像上每个像素点的颜色；

如果前景掩码图像上的像素点A为黑色，则将原始图像上与该像素点A对应的像素点A′的颜色置为白色，否则保留原始图像上像素点A′的颜色。

4.如权利要求1至3之一所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：所述方法还包括对背景水印图像进行修正处理的步骤。

5.如权利要求4所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：所述修正处理包括以下步骤：

a.参照前景掩码图像，对背景水印图像进行边缘修正；

b.对边缘修正后的背景水印图像进行二值化处理；

c.对二值化后的背景水印图像进行膨胀操作；

d.对膨胀后的背景水印图像进行去噪操作。

6.如权利要求5所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：步骤a中所述边缘修正操作的过程如下：

收集前景掩码图像中所有黑白交界的边缘点及边缘点的N邻域点，作为模板点；

在背景水印图像中将与模板点位置对应的点置为白色。

7.如权利要求6所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：所述N的取值如下：

$N=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{Dpi}<150\\ 2& 150\&le;\mathrm{Dpi}<400\\ \mathrm{Dpi}/150& \mathrm{Dpi}\&GreaterEqual;400\end{array}\right.$

其中，Dpi表示扫描纸质材料时设定的图像分辨率。

8.如权利要求5所述的数值图像中可见水印的分离方法，其特征在于：步骤d中所述去噪操作采用求连通域后去噪的方法，所述连通域的大小M的取值如下：

$M=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Dpi}/6& \mathrm{Dpi}<150\\ 80& 150\&le;\mathrm{Dpi}<400\\ \mathrm{Dpi}/4& \mathrm{Dpi}\&GreaterEqual;400\end{array}\right.$

其中，Dpi表示扫描纸质材料时设定的图像分辨率。

9.一种数值图像中可见水印的分离系统，包括用于扫描带有半透明水印的纸质文件，获取数值化的原始图像的扫描装置(11)；

用于将原始图像进行二值化处理，获取前景掩码图像的二值化装置I(12)；

以及用于以前景掩码图像为参照，从原始图像中提取出背景水印图像的水印获取装置(13)。

10.如权利要求9所述的数值图像中可见水印的分离系统，其特征在于：所述系统还包括用于对背景水印图像进行边缘修正处理的修正装置(14)。

11.如权利要求10所述的数值图像中可见水印的分离系统，其特征在于：所述系统还包括用于对边缘修正处理后的背景水印图像进行二值化处理的二值化装置II(12)。

12.如权利要求11所述的数值图像中可见水印的分离系统，其特征在于：所述系统还包括用于对二值化处理后的背景水印图像进行膨胀处理的膨胀装置(15)。

13.如权利要求12所述的数值图像中可见水印的分离系统，其特征在于：所述系统还包括用于对膨胀后的背景水印图像进行去噪处理的去噪装置(16)。

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