CN102567939A - 一种图像中可见水印的分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像中可见水印的分离方法，包括：对待分离水印的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像，并参照该前景掩码图像得到初步背景水印图像；对初步背景水印图像进行修正，所述修正包括边缘修正、二值化操作和去噪处理中的至少一个。相应地，提供一种分离装置。本发明能够在不需要任何特定的硬件或软件的情况下自动地提取各种数值图像和可通过任何途径生成数值图像的材料中的半透明水印，从而为后续水印的自动分析、识别奠定良好的基础。

Description

一种图像中可见水印的分离方法及装置

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，尤其涉及一种图像中可见水印的分离方法及装置。

背景技术

数字水印技术作为信息隐藏技术的一个重要分支，广泛应用于需要被保护的数字对象(如图像、视频、音频)，以通过向被保护的数字对象中嵌入某些数字信息(如作者的序列号、公司标志、产品标志、有意义的文本)来达到鉴别真伪、保护版权、跟踪侵权行为的目的。从水印是否可见的角度，可将水印分为可见水印和不可见水印两种，其中，可见水印有多种形式，常见的如半透明的背景图案和文字。可见水印常用于以下几种情况：1)无需专业设备，仅凭人的肉眼观察水印就可快速鉴别水印载体的真伪，例如纸币中的水印、图书中加入的“样张”、“试读”等半透明水印等；2)需要专业的硬件设备识别水印所携带的具体信息，例如票据上的标签、条形码，虽然用人眼可轻易看到这些水印，但要获知这些水印所携带的具体信息，需要用扫描枪读取标签或条形码中的信息；3)需要用与嵌入水印相应的软件算法提取水印以对水印或其载体进行后续处理，例如申请号为200610134046.8的中国专利“数字图像分块局部加密的可去除可见水印方法”、申请号为200310103202的中国专利申请“一种新的盖章文件防伪方法”。

对于用软件分离数字图像水印的方法，在现有技术中，一般都是首先按照一定的规则或算法根据数字图像中所包含的信息(如灰度值)生成水印，并将所生成的水印嵌入在数字图像中；然后，在水印分离过程中，利用与生成水印的规则或算法相逆的规则或算法提取水印，以恢复原始图像载体或者进行其它后续处理。因此，目前数值图像中半透明水印的分离，必须依赖于特定的水印嵌入算法，不存在通用的水印分离算法。然而，目前，对于含有半透明水印的纸质文件扫描后形成的图像中水印分离的研究较少，尚缺乏有效的手段，进而使得后续对扫描图像中水印信息的分析或利用需要依赖于人工或特定的硬件或软件，自动化程度不高。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种图像中可见水印的分离方法及装置，以自动提取图像中的半透明水印。

为了实现以上目的，本发明提供的图像中可见水印的分离方法包括以下步骤：对待分离水印的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像，并参照该前景掩码图像得到初步背景水印图像；对初步背景水印图像进行修正，所述修正包括边缘修正、二值化操作和去噪处理中的至少一个。

优选地，利用最大类间方差法自动对待分离水印的数值图像进行二值化操作。

优选地，所述参照前景掩码图像得到初步背景水印图像的步骤包括以下步骤：逐个查看前景掩码图像上的每个像素点的颜色，如果像素点的颜色为黑色，则将所述数值图像上与该像素点对应的像素的颜色设置为白色，否则保留所述数值图像上与该像素点对应的像素的颜色。

优选地，所述对初步背景水印图像进行修正的步骤包括：参照前景掩码图像对获得的初步背景水印图像进行边缘修正操作，以去除边缘噪声；对修正的背景水印图像进行二值化操作，以去除部分杂散噪声；连接背景水印图像的断笔部分，并对该背景水印图像进行去噪处理。

优选地，所述参照前景掩码图像对获得的初步背景水印图像进行边缘修正操作的步骤包括以下步骤：收集前景掩码图像中的所有黑白交界的边缘点以及这些边缘点的N领域点，其中，N值与图像分辨率有关，分辨率越高，N值越大；在获得的初步背景水印图像中，将与收集的点对应的像素点设置为白色。

优选地，利用最大类间方差法自动对修正的背景水印图像进行二值化操作。

优选地，利用膨胀操作连接二值化的背景水印图像的断笔部分。

优选地，利用求连通域后再进行去噪的方法对背景水印图像进行去噪处理。

优选地，对含有半透明水印的纸质材料进行扫描，以获得数值化的灰度图像或彩色图像。

优选地，对于彩色的待分离水印的数值图像或者扫描后得到的数值化图像，在二值化操作之前，将该图像转换为灰度图像。

优选地，保留彩色图像的颜色信息，并利用这些颜色信息将二值化的背景水印图像恢复为彩色的背景水印图像。

为了实现以上方法，本发明提供一种图像中可见水印的分离装置，该装置包括：输入单元，用于输入待分离水印的数值图像；水印分离单元，用于分离输入的数值图像中的背景水印图像；输出单元，用于输出水印分离单元分离出来的背景水印图像，其中，水印分离单元包括：前景掩码处理单元，用于对输入的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像；前景掩码存储单元，用于存储前景掩码图像；水印提取单元，用于参照前景掩码存储单元中存储的前景掩码图像得到初步背景水印图像；水印修正单元，用于对初步背景水印图像进行修正，得到连通的、去噪的背景水印图像。

优选地，该装置还可包括：灰度转换单元，用于将通过输入单元输入的彩色图像转换为灰度图像；颜色信息存储单元，用于存储通过输入单元输入的彩色图像的各个像素的颜色信息，输出单元利用颜色信息存储单元中存储的颜色信息将获得的二值化背景水印图像恢复成彩色的背景水印图案。

本发明利用二值化方法提取主要包含图像真正内容的二值化图像作为前景掩码图像，并参照该前景掩码图像从原始图像中提取出初步背景水印图像，然后通过对提取的初步背景水印图像进行边缘修正、连通、去噪等修正操作，获得连通的、去噪的背景水印图像。通过这种技术方案，能够在不需要任何特定的硬件或软件的情况下自动地提取各种数值图像(包括可通过各种途径生成数值图像的各种含有半透明水印的材料)中的半透明水印，从而为后续水印的自动分析、识别奠定良好的基础。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的图像中可见水印的分离方法的流程图；

图2是本发明实施例中纸质材料经过扫描之后形成的灰度图像；

图3是本发明实施例中的前景掩码图像；

图4是本发明实施例中的初步背景水印图像；

图5是图4所示图像的局部放大图；

图6是直接对图4所示图像进行二值化操作得到的背景水印图像；

图7是图4所示图像经过边缘修正之后得到的背景水印图像；

图8是图7所示图像经过二值化操作之后得到的背景水印图像；

图9是图8所示图像经过断笔连接之后得到的背景水印图像；

图10是图9所示图像经过去噪操作之后得到的背景水印图像；

图11是根据本发明的实施例的图像中可见水印的分离装置的框图。

具体实施方式

根据本发明的水印分离方法适用于任何含有半透明水印的数值图像和任何可通过任何途径生成数值图像的含有半透明水印的材料，比如，对于含有半透明水印的纸质材料，可首先通过扫描仪将其扫描成数值化的灰度图像或彩色图像，然后按照本发明方法分离水印图像。以下，将参照附图和实施例对本发明进行详细描述。

图1是根据本发明的实施例的图像中可见水印的分离方法的流程图。在本实施例中，以对含有半透明水印的纸质材料进行处理来说明本发明方法。参照图1，该方法包括以下步骤：

步骤S1、对含有半透明水印的纸质材料进行扫描，获得数值化的灰度图像。

在该步骤中，为了保留纸质材料上的半透明水印，在使用扫描仪进行扫描时，不能将扫描类型设置为黑白二值图，否则水印就会被抹去，只能将扫描类型设置为灰度图像或彩色图像。如果纸质材料上没有彩色图案，则优选扫描为灰度图像，这样不仅更快捷，而且占用的磁盘空间更小。

在本实施例中，将含有半透明水印的微生物检验报告单扫描成如图2所示的灰度图像。

步骤S2、对待分离水印的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像。

一般而言，半透明水印的颜色都较浅，因此，在该步骤中，通过二值化操作将半透明水印部分抹去，即，根据二值化算法将半透明部分设置为背景色，即，白色，将原始图像的主要内容设置为前景色，即，黑色，从而使得图像中仅剩下图像的真正内容。在扫描得到的数值图像中，由于在扫描时在纸张空白的地方一般可能会产生一些颜色较深的点，这些点经过二值化操作之后几乎都被设置为黑色，因而形成部分噪声。因此，经过二值化操作之后所获得的图像中一般都包含图像的真正内容加上部分噪声。关于二值化操作的具体内容，可参见《Visual C++数字图像模式识别技术及工程实践》(张宏林，人民邮电出版社，ISBN：7-115-10951-6)第441页。

在本实施例中，利用Ostu算法(最大类间方差法)自动获取阈值，并将低于阈值的像素点设置为背景色，即，白色，将不低于阈值的像素点设置为前景色，即，黑色。如图3所示，图2所示灰度图像经过二值化操作之后，保留了原报告单中的正文部分，同时存在部分噪声。由于该图像在后续操作中起到“掩码”的作用，因此，将该图像称之为“前景掩码图像”，显然该图像与图2所示原图像大小相同，但是只由黑白两种颜色组成。

步骤S3、参照前景掩码图像得到初步的背景水印图像。

在该步骤中，将图3所示前景掩码图像与图2所示原图像进行重叠，逐个查看前景掩码图像上的每个像素点的颜色，如果像素点的颜色为黑色，则将图2所示原图像上与该像素点对应的像素的颜色设置为白色，如果像素点为白色，则保留图2所示原图像上与该像素点对应的像素的颜色。该步骤可看作为图3所示前景掩码图像与图2所示原图像的“与”操作。如图4所示，在经过步骤S3处理之后获得的背景水印图像中，原图像上的真正内容被抹去，剩下的部分主要由半透明水印构成，称为“初步背景水印图像”。

以下将通过下述步骤对初步背景水印图像进行修改，以获得连通的、去噪的背景水印图像。

步骤S4、参照前景掩码图像对初步背景水印图像进行边缘修正操作。

在该步骤中，由于在图2所示原图像上较深的图案/文字与较浅的背景交界处存在中间过渡色，而在通过步骤S2处理之后获得的前景掩码图像中这些点几乎都被二值化为白色，因此在步骤S3中的与操作中，图2所示原图像中与这些白色点对应的灰度值均被保留下来。如图5中的局部放大图所示，在原图像的正文边缘产生了大量明显的边缘噪声。此时，如果不对这些点进行修改而是直接进行下一步的二值化步骤，则如图6所示，这些点将产生大量噪声。

在本实施例中，修正这些噪音点的方法为，参照前景掩码图，收集图3所示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，与扫描图像时设定的图像分辨率(Dip)有关，分辨率越高，N值应设置得越大。可参照下面的分段函数取值：

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

在本实施例中。扫描分辨率为300Dpi，则N取2。在图4所示初步背景水印图像中，将与收集点对应位置的像素点设置为白色，则图4中所示的边缘过渡点基本被抹掉，避免产生大量噪音。修正后的背景水印图像如图7所示。

步骤S5、对修正的背景水印图像进行二值化操作，得到去噪的背景水印图像。

在图7所示图像中，颜色较深的图案/文字及其边缘过渡点已被消除，该图像主要由水印构成，但是仍然存在部分噪声。为了消除这些杂散噪声点，在该步骤中，利用二值化操作进行处理。虽然这些水印点颜色较淡，但是经过二值化算法进行处理后，水印点基本上会被划分为黑色点，而部分噪声和白色背景将被划分为白色点，从而得到去除噪声的背景水印图像(如图8所示)。

步骤S6、连接背景水印图像中的断笔部分。

由于在对背景水印图像进行二值化操作之后，部分水印中较浅的部分被划分为白色，从而出现了部分断笔的现象。因此，需要将图8所示背景水印图像中出现断笔的部分连接起来。

在本实施例中，利用膨胀操作将部分断笔的部分连接起来，具体地，例如可向外膨胀2个像素。关于膨胀操作的具体内容，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。图7所示背景水印图像经过膨胀操作之后得到的图像如图9所示。

步骤S7、对步骤S6获得背景水印图像进行去噪操作。

经过上述步骤处理之后，在图8所示背景水印图像中仍然存在一些孤立的、小的噪声，因此，还需要进行进一步的去噪操作。在该步骤中，可使用任意的孤立点去噪算法，优选地，可使用求连通域之后去噪的方法，关于连通域的求法，例如可参见《数字图像处理原理与运用》(Tinku Acharya等，清华大学出版社，ISBN：9787302152224)。连通域的大小设置为经验值，在本实施例中，与扫描图像时设定的图像分辨率有关，分辨率越高，连通域的大小M值应该设置得越大。可参照下面的分段函数取值：

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

本实施例的扫描分辨率为300Dpi，则M取80。所得修正后的二值化的背景水印图像如图10所示。

同样，如上所述，对于彩色数值图像，首先须将其转换为灰度图像，然后通过步骤S2-S7提取转换的灰度图像中的半透明水印。此外，还可保留图像中的颜色信息，并利用这些颜色信息将图10所示二值化的背景水印图像恢复为彩色的背景水印图像。

以下将参照图11对根据本发明的图像中可见水印的分离装置进行描述。如图11所示，该装置包括：输入单元10，用于输入待分离水印的数值图像；水印分离单元20，用于分离输入的数值图像中的背景水印图像；输出单元30，用于输出水印分离单元分离出来的背景水印图像。其中，水印分离单元20包括：前景掩码处理单元21，用于对输入的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像；前景掩码存储单元22，用于存储前景掩码图像；水印提取单元23，用于参照前景掩码存储单元22中存储的前景掩码图像得到初步背景水印图像；水印修正单元24，用于对初步背景水印图像进行修正，得到连通的、去噪的背景水印图像。

优选地，水印修正单元24包括：边缘修正单元241，用于参照前景掩码图像对通过水印提取单元23获得的初步背景水印图像进行边缘修正操作，以去除边缘噪声；二值化单元242，用于对修正的背景水印图像进行二值化操作，以去除部分杂散噪声；连通单元243，用于连接经过二值化单元242处理的背景水印图像中的断笔部分；去噪单元244，用于对经过连通单元243处理的背景水印图像进行去噪处理。

优选地，该装置还可包括：灰度转换单元40，用于将通过输入单元输入的彩色图像转换为灰度图像；颜色信息存储单元50，用于存储通过输入单元输入的彩色图像的各个像素的颜色信息。输出单元30利用颜色信息存储单元中存储的颜色信息将获得的二值化背景水印图像恢复成彩色的背景水印图案。

以上已参照附图和实施例对本发明进行了详细描述，但是，应该理解，本发明并不限于以上所公开的具体实施例，任何本领域的技术人员在此基础之上容易想到的修改和变型都应包括在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种图像中可见水印的分离方法，包括以下步骤：

对待分离水印的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像，并参照该前景掩码图像得到初步背景水印图像；

对初步背景水印图像进行修正，所述修正包括边缘修正、二值化操作和去噪处理中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用最大类间方差法自动对待分离水印的数值图像进行二值化操作。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参照前景掩码图像得到初步背景水印图像的步骤包括以下步骤：

逐个查看前景掩码图像上的每个像素点的颜色，如果像素点的颜色为黑色，则将所述数值图像上与该像素点对应的像素的颜色设置为白色，否则保留所述数值图像上与该像素点对应的像素的颜色。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对初步背景水印图像进行修正的步骤包括：

参照前景掩码图像对获得的初步背景水印图像进行边缘修正操作，以去除边缘噪声；

对修正的背景水印图像进行二值化操作，以去除部分杂散噪声；

连接背景水印图像的断笔部分，并对该背景水印图像进行去噪处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述参照前景掩码图像对获得的初步背景水印图像进行边缘修正操作的步骤包括以下步骤：

收集前景掩码图像中的所有黑白交界的边缘点以及这些边缘点的N领域点，其中，N值与图像分辨率有关，分辨率越高，N值越大；

在初步背景水印图像中，将与收集的点对应的像素点设置为白色。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用最大类间方差法自动对修正的背景水印图像进行二值化操作。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用膨胀操作连接二值化的背景水印图像的断笔部分。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用求连通域后再进行去噪的方法对背景水印图像进行去噪处理。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

对含有半透明水印的纸质材料进行扫描，以获得数值化的灰度图像或彩色图像。

10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，

对于彩色的待分离水印的数值图像或者扫描后得到的数值化图像，在二值化操作之前，将该图像转换为灰度图像。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，保留彩色图像的颜色信息，并利用这些颜色信息将二值化的背景水印图像恢复为彩色的背景水印图像。

12.一种图像中可见水印的分离装置，包括：

输入单元，用于输入待分离水印的数值图像；

水印分离单元，用于分离输入的数值图像中的背景水印图像；

输出单元，用于输出水印分离单元分离出来的背景水印图像，

其中，水印分离单元包括：

前景掩码处理单元，用于对输入的数值图像进行二值化操作，获得二值化的包含图像真正内容的图像作为前景掩码图像；

前景掩码存储单元，用于存储前景掩码图像；

水印提取单元，用于参照前景掩码存储单元中存储的前景掩码图像得到初步背景水印图像；

水印修正单元，用于对初步背景水印图像进行修正，得到连通的、去噪的背景水印图像。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述水印修正单元包括：

边缘修正单元，用于参照前景掩码图像对通过水印提取单元获得的初步背景水印图像进行边缘修正操作，以去除边缘噪声；

二值化单元，用于对修正的背景水印图像进行二值化操作，以去除部分杂散噪声；

连通单元，用于连接经过二值化单元处理的背景水印图像中的断笔部分；

去噪单元，用于对经过连通单元处理的背景水印图像进行去噪处理。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括灰度转换单元，用于将通过输入单元输入的彩色图像转换为灰度图像。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括颜色信息存储单元，用于存储通过输入单元输入的彩色图像的各个像素的颜色信息。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，输出单元利用颜色信息存储单元中存储的颜色信息将获得的二值化背景水印图像恢复成彩色的背景水印图案。

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