CN102521787A

CN102521787A - 一种基于易碎水印的电子印章保护方法

Info

Publication number: CN102521787A
Application number: CN2011103946596A
Authority: CN
Inventors: 许兆然; 张大年; 吕凡
Original assignee: KUNSHAN BAIRUN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: KUNSHAN BAIRUN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种基于易碎水印的电子印章保护方法，包括如下步骤：(1)扫描原始印章图像到计算机中；(2)设定一个映射函数f，将原始印章扫描所得图像g的每一个像素值映射成一个二值L，L(i，j)＝f_g(g(i，j))，其中L的值为0或1；i，j为图像像素点的坐标；(3)向印章扫描图像g中嵌入水印W，根据以下公式

Description

一种基于易碎水印的电子印章保护方法

技术领域

本发明涉及一种电子印章的保护方法，尤其涉及基于易碎水印的电子印章保护方法，属于信息安全领域。

背景技术

数字水印是向多媒体数据(图像、声音、视频等)添加某些数字信号以达到文件真伪鉴别、版权保护等功能，通常嵌入的数字水印信息隐藏于目标文件中，不影响原始文件的可观察性和完整性。随着电子化办公的推进，数字水印技术在文档(印刷品、电子文档等)的真伪认证上面也产生了很大的用途。举例而论，政府部门签发的政策文件，文件认证的传统方法是鉴别文件的纸张、印章或钢印是否符合规范和标准，这种方法的缺点是无论纸张、印章或钢印都容易被伪造，特别是印章，即使对印章的管理和制作有严格规定，还是可以被伪造出来。使用数字水印技术则可以有效解决这个问题，以数字水印作为信息载体，将某些信息添加到文件中，使得文件不仅有印章或钢印，而且有难以察觉的数字水印信息，从而大大增加了文件被伪造的难度。

如本领域技术人员所知，一般的，数字水印应满足下述基本要求：可证明性(水印应能为受到版权保护的信息产品的归属提供完全和可靠的证据)；不可感知性(视觉上的不可感知性(对听觉也是同样的要求)，即因嵌入水印导致图像的变化对观察者的视觉系统来讲应该是不可察觉的，最理想的情况是水印图像与原始图像在视觉上一模一样，这是绝大多数水印算法所应达到的要求；另一方面水印用统计方法也是不能恢复的，如对大量的用同样方法和水印处理过的信息产品即使用统计方法也无法提取水印或确定水印的存在)；鲁棒性(数字水印应该能够承受大量的、不同的物理和几何失真，包括有意的如恶意攻击或无意的如图像压缩、滤波、扫描与复印、噪声污染、尺寸变化等)。

目前提出的数字水印技术依据嵌入水印的方式大致可分为两类：空域技术，即将水印直接添加到图像的灰度值上；变换域技术，即对图像进行某种变换，将水印添加到图像变换域的系数上。然而在政府文件及电子公章应用等场合，由于印章本身的特殊性，其对本身图案的变化非常敏感，任何微小的改动都会破坏其法律有效性。而使用一般的空域算法的数字水印当所嵌入图像发生细微变化时，水印本身并不会产生足够大的变化，因此无法利用普通的基于空域算法水印保护/辨别其嵌入图像的微小变化。基于变换域的数字水印处理方法例如基于离散余弦变换的数字水印和基于离散小波变换的数字水印虽然在鲁棒性和隐蔽性等性能上非常出色，但是其算法对待嵌入图像的变化敏感度同样不高，而且方法非常复杂，不易应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种基于易碎水印的电子印章保护方法，满足对待嵌入图像非常敏感的场合的需求(如电子印章的应用)，本发明的方法确保了被水印嵌入的图案只要有一个像素的更改，都会破坏水印本身，从而达到验证保护的作用。

为实现上述发明目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种基于易碎水印的电子印章保护方法，包括如下步骤：(1)扫描原始印章图像到计算机中；(2)设定一个映射函数f，将原始印章扫描所得图像g的每一个像素值映射成一个二值L，L(i，j)＝f_g(g(i，j))，其中L的值为0或1；i，j为图像像素点的坐标；(3)向印章扫描图像g中嵌入水印W，根据以下公式

g (i, j) = \{\begin{matrix} g (i, j) & f_{g} (g (i, j)) = W (i, j) \\ g (i, j) &PlusMinus; σ & f_{g} (g (i, j) &PlusMinus; σ) = W (i, j) \end{matrix}

σ为尽可能小的正整数

修改原始印章扫描所得图像g的每一个像素值，使得修改后的图像g中每一个像素点的值通过映射函数f运算后都与W相同。

其中，扫描原始印章图像到计算机中的方法不受到限制，可以采用扫描仪、复印机等任何具有扫描功能的设备将原始图像数字化。

其中，水印W为二值图像或经过编码的字符串，其原理为修改原图像中的每一个像素点的值，使得修改后的图像经过某一种算法的运算可以得到一个新的二值图像或文本字符串，即水印。优选的，在本发明的方法中，所述水印W为二值图片，更优选为8位二值BMP图片。

其中，所述映射函数f作为将原始图像g二值化的方法，并不受到特别限制，任何一种可行的能够将图像像素值通过某种运算规则实现二值化的方法均可用于本发明。

进一步的，本发明的方法还包括提取、验证水印的步骤，包括

待提取水印的原图像为g，验证对照的水印图像为W；通过f函数算出g每个像素的对应二值W’，作为提出的水印；将提取出的水印图像W’与W比较，验证原图像g是否被更改过，判断的依据是：W′(i，j)＝W(i，j)原图像通过验证W′(i，j)＜＞W(i，j)原图像已被更改，未通过验证

本发明的基于易碎水印的电子印章保护方法，如果嵌入水印后的印章图案被更改，则提取的水印图案会不完整，可以通过肉眼观察出来。另外，也可以直接和数据库中的水印图案对比，得到验证结果，提高了水印的易碎性，能够有效的保护被水印嵌入图案的完整性和原始性，通过验证保护，确保对被保护图案的最微小修改都能被发现。

附图说明

图1A、图1B为一个文档在采用本发明电子印章保护方法的发明前和后的示意图；

图2A、2B、2C为个人签字原始的和采用已有的印章处理方法和本发明保护方法的示意图。

具体实施方式

在下述实施例中，具体的公开了本发明所述的电子印章保护方法的一种具体实现方式，然而本发明并非仅限于下述方法实施，任意可用的方法，只要是依据本发明的实质精神和原则所实现的，即为本发明所覆盖。对本发明所述方法所进行的更改、替换、等同变换，也为本发明所涵盖。

实施例1

一种获得数字水印W和将水印W嵌入原始图像g的方法，包括下述步骤：

1)从原始印章图像g的第一行第一列开始，逐个像素进行运算，

2)将当前像素的红、绿、蓝三原色值取出，分别为R、G、B；

3)将R、G、B在映射表Table中所对应的映射结果0或1取出，并进行异或运算，得到运算结果P；

4)取出水印图像对应位置像素的值，并除以255，得到结果W。因为水印为二值图像，像素值为0或255，故除以255后变成0和1方可做下面比较；

5)若P＝W，则跳回步骤2)，进行下一像素的运算；

6)若P＜＞W，在R、G、B中随机选中一个，修改其数值；如果数值大于175，数值减去1，如果数值等于或小于175，则数值加1；

7)跳到步骤3)重新进行运算；

8)原始印章图像全部像素处理完毕，水印嵌入完成；

实施例2

对于已经嵌入水印的印章图案提取水印的方法，本发明的方法可以采取下列方式，步骤如下：

1)从印章图像的第一行第一列开始，逐个像素进行运算，

2)将当前像素的红、绿、蓝三原色值取出，分别为R′、G′、B′；

3)将R′、G′、B′在映射表Table中所对应的映射结果0或1取出，并进行异或运算，得到运算结果P′；

4)将P′值乘以255，得到结果W′，为水印图案在此位置的像素值；

5)跳回步骤2)，进行下一像素的运算；

7)最后得到水印图像。

将水印图像嵌入原始印章图像的方法参照上述实施例1。

在上述实施例中，所述的映射表Table是这样一种颜色与二值对应运算机制，其大致的工作流程如下：

1：取得像素的颜色值；

2：分解出红绿蓝的分量；

3：换算成灰度值(黑白情况下)；

4：按照给定的阀值判断改点灰度是否大于它，如果比阀值大，取255，反之取0；

5：将该点的新颜色(255或0)输出到图像上。

申请人此处给出一个具体的例子：

颜色阀值在0.0-1.0之间设定。设置颜色阀值，是指指定颜色像素中每种颜色分量的分界点。假定当前像素颜色中的红色、绿色和蓝色分量分别为230、50和220，又假定阈值设置为0.7，显示时，红色分量230大于0.7*255，因此，红色分量将更改为255；绿色分量50小于0.7*255，因此，绿色分量将更改为0；而蓝色分量220大于0.7*255，因此，蓝色分量将更改为255。由此可知，假定某一像素的RGB颜色值为$FFE632DC，设置0.7的阀值后，显示的颜色值值为$FFFF00FF。所以，通过颜色阀值的设置后，颜色R、G、B各个分量的值只能是0或者255，因此设置一个阀值，可以把一张彩色图像二值化显示。

在图像处理领域已经有多种不同的方法用于实现图像的RGB像素值与二值的对应算法，例如OpenCV中的图片二值化，通常选择下述函数中的一个；来实现：

函数(1)cvThreshold(dst，dst，230，255，CV_THRESH_BINARY_INV)；

函数(2)cvAdaptiveThreshold(dst，dst，255，

CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C，CV_THRESH_BINARY，9，-10)；

或者matlab中的im2double函数等。

为了便于检索不同像素的颜色值与二值对应关系，提高处理速度，在本发明的方法中，所用的映射表如下所述：

″00111100011100111100000110000111″

″00011100011100000111110000110111″

″11100110001100111111110000000111″

″11100000001100111001110111110111″

″11111100001111000111000001110000″

″11001100011111000000011100011111″

″11000111011100001111001110000111″

″11000111000011110000001110011101″

实施例3

基于本发明的实施例1的具体步骤，申请人对同一篇电子文档采用原始印章和采用本发明保护方法处理后的电子印章这两种情况进行了截图作为示意图，可以看出，采用本发明的保护方法印章在视觉上一致。

实施例4

为了更好的说明本发明的印章保护方法与传统的电子印章保护方法的效果差异，申请人以个人签字“天”为例，采用传统的变换域处理方法和本发明的保护方法对原始签字进行了处理，对比图2B、2C可知，传统的方法改变了签字本身图案在目前的法律框架下，即使这种微小的改动都会破坏其法律有效性；而本发明的印章保护方法则保持了图像视觉一致。

Claims

1.一种基于易碎水印的电子印章保护方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)扫描原始印章图像到计算机中；

(2)设定一个映射函数f，将原始印章扫描所得图像g的每一个像素值映射成一个二值L，L(i，j)＝f_g(g(i，j))，其中L的值为0或1；i，j为图像像素点的坐标；(3)向印章扫描图像g中嵌入水印W，根据以下公式

g (i, j) = \{\begin{matrix} g (i, j) & f_{g} (g (i, j)) = W (i, j) \\ g (i, j) &PlusMinus; σ & f_{g} (g (i, j) &PlusMinus; σ) = W (i, j) \end{matrix}

σ为尽可能小的正整数。

2.根据权利要求1所述的电子印章保护方法，其特征在于所述水印W为二值图像或经过编码的字符串。

3.根据权利要求2所述的电子印章保护方法，其特征在于所述水印W为8位二值BMP图片。

4.根据权利要求1所述的电子印章保护方法，其特征在于具体的包括如下步骤：

2)将当前像素的红、绿、蓝三原色值取出，分别为R、G、B；

4)取出水印图像对应位置像素的值，并除以255，得到结果W；

5)若P＝W，则跳回步骤2)，进行下一像素的运算；

7)跳到步骤3)重新进行运算；

8)原始印章图像全部像素处理完毕，水印嵌入完成。

5.根据权利要求1所述的电子印章保护方法，其特征在于对于已经嵌入水印的印章图案中，提取水印步骤如下：

1)从印章图像的第一行第一列开始，逐个像素进行运算，

5)跳回步骤2)，进行下一像素的运算；

7)最后得到水印图像。

6.根据权利要求1所述的电子印章保护方法，进一步的还包括提取、验证水印的步骤，包括：

待提取水印的原图像为g，验证对照的水印图像为W；通过f函数算出g每个像素的对应二值W’，作为提出的水印；将提取出的水印图像W’与W比较，验证原图像g是否被更改过，判断的依据是：W′(i，j)＝W(i，j)原图像通过验证W′(i，j)＜＞W(i，j)原图像已被更改，未通过验证。