CN102930499A

CN102930499A - 一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法

Info

Publication number: CN102930499A
Application number: CN 201210461126
Authority: CN
Inventors: 崔得龙; 弓云峰; 梁松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-02-13

Abstract

一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法，密钥所有者可依据密钥完全去除水印信号，恢复原始图像信号，非法用户则不能在保证图像质量的前提下有效的去除水印信号，属于信息安全领域。在水印嵌入端根据不同用户密钥产生的不同版本的水印信息，然后将水印信息嵌入原始图像非下采样Contourlet变换的低高频系数之中，最后逆非下采样Contourlet变换的得到含水印图像。在检测端对含水印图像进行非下采样Contourlet变换，利用原始水印信息和用户密钥进行水印去除。实验结果表明合法用户可以完全去除含水印图像中的水印信息，而非法用户则不能在保证图像质量的前提下有效去除水印信息。本发明可用于远程医疗、博物馆、遥感等图像的可见水印的嵌入和去除。

Description

一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法

技术领域

本发明涉及一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法，密钥所有者可依据密钥完全去除水印信号，恢复原始图像信号，非法用户则不能在保证图像质量的前提下有效的去除水印信号，属于信息安全领域。

背景技术

可见数字水印是指用具有一定意义的水印以可见的形式嵌入到图像中，这种水印的表现形式为一个可见的标志，特别适合于标识版权信息。对于不可见水印而言，被隐藏的是水印信息，必须通过专门的检测软件才能提取出水印信息，从而进行版权的判断，而且任何人都可以完整的获取含有水印信息的图像，这在很多应用领域是不合适的。例如工程使用的图纸、表格中的重要数据、遥感图像的经纬度坐标等，如果非法用户在取得这些图像中的重要数据后将图像删除，那么是找不到任何盗版或侵权痕迹的。可见数字水印技术的本质在于它隐藏的不是水印信息，而是被水印信息遮盖住的那部分重要的原始图像信息。通过可见水印，人们一方面能够凭借视觉直接进行版权的判断，另一方面又使得非法用户虽然能够获取完整的含有水印的图像，但是却无法得到图像中的重要信息，从而达到了隐藏重要数据的目的。

由此可见，在一些应用领域可见数字水印相对于不可见数字水印具有一定的优势，所以对于可见数字水印的研究是具有重要意义的。

可见水印理想的性质和与其对应的要求大致有以下几点：

(1)无论是在彩色或单色图像上，可见水印均应很容易看见。这表明所使用的嵌入技术只能通过改变图像的亮度分量来嵌入水印信号。除此之外，水印应该覆盖图像的大部分区域，并且在所覆盖的区域上可见；

(2)水印必须在所覆盖的区域上半透明地可见，不能明显破坏所覆盖区域的图像细节。另外，水印的嵌入程度应该是变化的，以允许用于不同的目的。换句话说，水印一方面要足够显眼以阻止非法盗用，另一方面又不能妨碍对高质量图像细节的研究；

(3)水印必须不易去掉。去掉水印至少比购买使用图像的版权更加昂贵和费力。这要求水印应该能够抵御自动的和系统的移去攻击，即使使用最先进的编辑软件也要花费相当长的时间；

(4)嵌入水印应该省时省力，不需要太多的人工干预，可见水印处理过程应该极大程度的自动化。

发明内容

为了解决现有可见水印方法存在的不足，本发明公开了一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法。

为了实现这样的目的，本发明在嵌入端首先对原始图像信号和水印信号进行预处理，使得原始图像信号和水印信号具有相同的大小；其次原始图像信号和水印信号分别进行非下采样Contourlet变换，得到变换域系数；然后使用用户密钥产生与宿主图像相同大小的嵌入模版，并根据水印嵌入规则进行水印信号嵌入；最后进行非下采样Contourlet反变换得到含水印图像信号。在检测端，本发明首先将含水印图像信号与水印信号分别进行非下采样Contourlet变换；其次使用相同的用户密钥生成水印嵌入模版；然后根据水印嵌入公式的逆公式，求出原始图像非下采样Contourlet变换系数；最后将相减所得到的变换域图像进行逆非下采样Contourlet变换，得到原始数字图像信号。

本发明的一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法包括如下具体步骤：

1、可见水印加入

第一步：预处理，将水印图像信号的尺寸调整到与原始图像信号相同大小；

第二步：分别对原始图像信号和水印图像信号进行非下采样Contourlet变换；

第三步：根据照度掩模函数计算低频子带和高频子带非下采样Contourlet变换系数所对应的拉伸系数；

第四步：由于原始图像信号与水印图像信号的平均亮度不一定相近，为了防止加入水印处理后的结果图像信号与原始图像信号在亮度上有明显差异，在进行水印信号嵌入之前，将水印图像信号各个子带变换系数的幅度调整到与之相应的原始图像信号变换系数的幅值一致的范围内；

第五步：根据用户密钥产生于原始图像信号相同大小的嵌入模版；

第六步：水印按照模版一一对应的规则进行嵌入，原始图像信号的各个子带与水印图像信号的各个子带按下式分别进行叠加运算，将叠加所得到的变换域图像进行非下采样Contourlet变换反变换，最后得到含水印图像信号。

2、可见水印去除

可见水印的去除过程为水印嵌入过程的逆过程，描述如下

第一步：将含有水印的图像信号与水印图像信号分别进行非下采样Contourlet变换；

第二步：根据用户密钥产生与水印图像信号相同大小的嵌入模版；

第三步：利用低频子带和高频子带的拉伸系数，根据水印嵌入公式的逆公式，求出原始图像信号非下采样Contourlet变换系数；

第四步：将相减所得到的变换域系数进行非下采样Contourlet变换反变换，得到原始图像信号。

附图说明

图1为本发明可见水印嵌入流程图

图2为亮度对比度敏感性函数曲线

图3为原始图像信号示例

图4为水印信号示例

图5为不同版本含水印图像信号及其差值图像示例

图6为错误用户密钥下恢复的图像信号示例

具体实施方式

按本发明的原理，水印嵌入端的具体实施过程如下：

第一步：预处理，将水印图像的尺寸调整到与宿主图像一样大小；

第二步：分别对宿主图像和水印图像进行非下采样Contourlet变换；

第三步：根据照度掩模函数计算低频子带和高频子带上小波系数所对应的拉伸系数；

（1）低频子带的拉伸系数

图像非下采样Contourlet变换分解后的各子带特征各异，低频子带是原始图像低分辨率的表示形式，与原始图像有相似的直方图特征，但空间分布更加平坦。本发明低频子带的拉伸系数和由宿主图像低频子带上的照度掩模函数确定。照度掩膜函数值的变化范围被分别限定在[0.90,0.95]，[0.05,0.1]的区间内。这样处理，在保证对原始图像的视觉真实度破坏不大的情况下，结果图像中的水印具有良好的可见性。

（2）高频子带的拉伸系数

在高频子带上，我们既考虑了亮度对人眼视觉感受的影响，又考虑了图像局部区域的活动性。因此，同时需要照度掩膜和局部空间特征来确定高频子带的拉伸系数。本发明对任一高频子带非下采样Contourlet变换系数所对应的拉伸系数被限定在区间[0.1,0.3]内。将拉伸系数的值调整到更大的范围内会使水印在结果图像上可见性更好，且更鲁棒，但宿主图像的细节损失也更多。

第四步：由于宿主图像与水印图像的平均亮度不一定相近，为了防止水印处理后的结果图像与原始图像在亮度上有明显差异，在进行水印嵌入之前，将水印图像各个子带变换系数的幅度调整到与之相应的宿主图像变换系数的幅值一致的范围内；

第五步：根据用户密钥产生于宿主图像相同大小的嵌入模版；

第六步：水印按照模版一一对应的规则进行嵌入，宿主图像的各个子带与水印图像的各个子带分别进行叠加运算，将叠加所得到的变换域图像进行非下采样Contourlet反变换，最后得到重构后的结果图像。

可见水印的去除过程为水印嵌入过程的逆过程，具体实施过程如下：

Claims

1.本发明涉及一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法，密钥所有者可依据密钥完全去除水印信号，恢复原始图像信号，非法用户则不能在保证图像质量的前提下有效的去除水印信号，属于信息安全领域，其特征在于包括如下具体步骤：

1、在加入端：

2.在去除端：

3.如权利要求书1和2所述的一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法，在水印加入端生成用户密钥的长度为128位二进制比特。

4.如权利要求书1和2所述的一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法，在水印加入端非下采样Contourlet变换的级数为[1,2,3]。

5.如权利要求书1和2所述的一种用于向数字图像信号加入和去除数字水印的方法，在水印加入端非下采样Contourlet变换系数所对应的拉伸系数根据照度掩模函数计算。