CN103065073B - 一种基于数字水印技术的数字印刷品的防伪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字印刷品中的防伪方法。该方法在嵌入端先通过对载体图像进行处理，固定特殊角点及其坐标，然后生成二值形式的数字水印信息。利用量化索引调制进行水印的嵌入。在检测端先对图像进行配准和插值等变换，然后进行检测，得到的信息再进行统计判决。本发明提出的数字印刷品中的防伪方法能够抵抗印刷品中的噪声和几何变换，在印刷领域能够得到广泛应用。

Description

一种基于数字水印技术的数字印刷品的防伪方法

技术领域

本发明涉及一种基于数字水印技术的数字印刷品的防伪方法，属于多媒体信号处理技术领域。

背景技术

数字水印技术是将一些标识信息（即数字水印）以隐藏的方式嵌入数字载体（包括多媒体、文档、软件等）当中，通过这些隐藏在载体中的信息，达到版权保护、防止篡改等目的。随着打印机和扫描仪的出现和发展，图像的复制变得很容易，从而对印刷品的版权保护问题带来挑战。数字水印技术的不可见性和鲁棒性为印刷品的版权保护提供了一种有效的方案。

在数字印刷品的打印和扫描过程中，通常会引入噪声叠加和几何变换这两种攻击。而几何变换中的旋转变换和尺寸变换会给水印的检测带来非同步问题，这种非同步问题大大降低了数字水印的鲁棒性。大多数的研究者利用打印扫描前后图像中不变的元素进行嵌入，如图像的不变矩，来避免非同步问题对水印检测的影响。但是此类方法的嵌入量比较小。本发明在传统水印算法基础上通过对待检测图像利用图像配准进行校正，并且利用统计判决的方法实现水印的正确提取，可很好地解决水印检测的非同步问题，达到印刷品版权保护的目的。

发明内容

针对数字印刷品中存在噪声干扰和几何变换的问题，本发明选择对噪声干扰具有良好鲁棒性的量化索引调制方法进行水印嵌入。对于扫描之后图像的几何变换，采用图像配准的方法对图像进行校正，并且提供一种有效的水印判别方法。在运用本发明的方法进行水印提取时，能得到完全没有失真的水印信息。

本发明所采用的技术方案是：

一种数字印刷品的防伪方法，该方法采用数字水印技术，包括印刷分发之前对原始数字图像的处理阶段和防伪检测时对待检测印刷品的处理和判断阶段，具体实现步骤为：

（1）在对原始数字图像的处理阶段：

a.在原始的数字图像上，选取若干特征点记录其坐标，将得到的坐标和图像尺寸大小作为密钥；

b.生成数字水印；

c.对原始的数字图像进行离散余弦变换，对变换得到的中频系数进行量化索引调制，得到嵌入数字水印的图像；

d.将嵌入数字水印的图像印刷后，得到包含有数字水印信息的印刷品；

（2）在对待检测印刷品的处理和判断阶段：

a.将待检测印刷品进行扫描，得到待检测数字图像；

b.对待检测数字图像与原始的数字图像进行图像配准；

c.对配准后的图像进行最小距离检测，得到水印序列；

d.进行水印信息判别，如果提取出的水印与嵌入的水印相符，则为真品，如果不符，则为伪品。

优选地，步骤（1）的子步骤a中，选取的若干特征点为四个角上的点；

优选地，嵌入的数字水印为由若干个阿拉伯数字组成的序列的二值图像，所述阿拉伯数字都由固定个数的黑白方块儿组成；检测时，先对组成水印数字的各个方块是全黑还是全白进行判别，然后再判断各个数字是0至9十个数字中的哪一个，得到一个数字序列，即提取出的水印。

优选地，所述固定个数的黑白方块为15个，按照5行3列分布。

优选地，步骤（2）的子步骤b中，图像配准的具体步骤为：在待检测数字图像中提取与原始的数字图像对应的特征点，得到原始的数字图像到待检测数字图像的变换矩阵，对待检测数字图像进行校正，根据密钥中的图像尺寸大小进行插值变换，变换到与原始的数字图像相同大小，完成配准过程。

优选地，步骤（2）的子步骤b中，采用Harris角点检测算法在待检测数字图像中提取特征点。

优选地，步骤（2）的子步骤b中，固定特殊角点，在角点附近划定一定范围局部采用Harris角点检测算法。

优选地，步骤（2）的子步骤d中，采用统计的方法进行水印信息判别。

本发明中，在角点附近局部采用Harris角点检测算法，大大降低了计算量。在水印检测时进行统计判别，提高了水印的鲁棒性。实验证明，在水印信息误比特率BER小于0.3时都能对水印数字进行正确判决。本发明的方法可广泛用于印刷品防伪系统中。

附图说明

图1是本发明对原始数字图像处理框图。

图2是本发明对待检测印刷品的处理和判断框图。

图3是量化索引调制原理图。

图4是采用本发明方法生成水印数字的示例图。

a是0-9十个数字形成的二值水印，为待嵌水印。

b是将图a的十个数字分离开后的示例图。

图5是以数字0、2、7、9为例的十五个黑白块的分块网格图。

具体实施方式

本发明针对打印扫描过程中存在的两种变换，在嵌入的时候选择对噪声干扰具有较好鲁棒性的量化索引调制的方法，在检测端则对待检测图像进行配准，以解决几何变换带来的非同步问题，得到的检测结果再进行统计判决，达到完全正确提取水印信息的目标。具体实施步骤如下：

1.对原始数字图像的处理：

1）在原始的数字图像上，选取若干特征点（本实施例选取四个角点）记录其坐标，将得到的坐标和图像尺寸大小作为密钥；

2）生成数字水印：如图4中a所示，该实施例中水印以数字为例，将数字以二值的形式形成二值图像。图4中b是分离后的数字。根据数字本身的特征，每个数字都可以由十五个黑白块组成，每个块大小为3*3或者5*5个像素，其分块方式如图5所示。实际应用中由原始图像大小确定嵌入水印数字的个数和排列方式。

3）水印嵌入：该发明为了抵抗噪声攻击，采用量化索引调制的方法进行嵌入。

a.将原始RGB空间图像转换到YUV空间。取图像的亮度分量Y进行嵌入。

b.如图3所示。首先对Y分量进行离散余弦变换（DCT）变换，根据所要嵌入的信息位m，使用Q₀或者Q₁将载体点x量化到最近的量化点上去。当水印信息位为m=0，Q₀将被使用，把x量化到△的奇数倍；当水印信息位为m=1时，Q₁将被使用，把x量化到△偶数倍。公式如下：

$Q(x,\mathrm{\Δ})=\mathrm{\Δ}\·\mathrm{round}\left(\frac{x}{\mathrm{\Δ}}\right)---\left(2\right)$

其中Q()表示量化器，x为DCT系数，round()函数为四舍五入函数，△为量化步长。

4）将嵌入数字水印的图像印刷后，得到包含有数字水印信息的印刷品；

2.对待检测印刷品的处理和判断：

1）将待检测印刷品进行扫描，得到待检测数字图像；

2）利用Harris角点检测算法检测与嵌入中对应的角点，此处为四个角点，在角点附近划定四个区域，局部运用Harris角点检测算法，大大减少运算量。得到角点坐标之后将嵌入端的密钥传递过来，根据两组坐标得到几何变换的一个变换矩阵，生成其逆矩阵，对待检测图像进行仿射变换。然后根据密钥中的尺寸进行图像插值变换。得到恢复后的图像。

3）对于处理后的图像的亮度分量Y的DCT变换系数利用最小距离检测器，假设原嵌入水印的信号y被攻击后变成了失真的信号它用离最近的量化点来估计信号所携带的信息为

其中 $\mathrm{dist}(\tilde{y},{\mathrm{\Ω}}_m)=\underset{s\∈{\mathrm{\Ω}}_m}{\min }|\tilde{y}-s|,$ Ω_m代表量化点集。

4）水印判别：首先对组成水印数字的各个方块是全黑还是全白进行判别，然后再判断各个数字是0至9十个数字中的哪一个，得到一个数字序列，即提取出的水印。以此来辨别印刷品真伪。

Claims (7)

1.一种数字印刷品的防伪方法，该方法采用数字水印技术，包括印刷分发之前对原始数字图像的处理阶段和防伪检测时对待检测印刷品的处理和判断阶段，具体实现步骤为：

(1)在对原始数字图像的处理阶段：

a.在原始的数字图像上，选取若干特征点记录其坐标，将得到的坐标和图像尺寸大小作为密钥；

b.生成数字水印；

c.对原始的数字图像进行离散余弦变换，对变换得到的中频系数进行量化索引调制，得到嵌入数字水印的图像；

d.将嵌入数字水印的图像印刷后，得到包含有数字水印信息的印刷品；

(2)在对待检测印刷品的处理和判断阶段：

a.将待检测印刷品进行扫描，得到待检测数字图像；

b.对待检测数字图像与原始的数字图像进行图像配准，具体步骤为：在待检测数字图像中提取与原始的数字图像对应的特征点，得到原始的数字图像到待检测数字图像的变换矩阵，对待检测数字图像进行校正，根据密钥中的图像尺寸大小进行插值变换，变换到与原始的数字图像相同大小，完成配准过程；

c.对配准后的图像进行最小距离检测，得到水印序列；

d.进行水印信息判别，如果提取出的水印与嵌入的水印相符，则为真品，如果不符，则为伪品。

2.根据权利要求1所述的数字印刷品的防伪方法，其特征在于：步骤(1)的子步骤a中，选取的若干特征点为四个角上的点。

3.根据权利要求1所述的数字印刷品的防伪方法，其特征在于：嵌入的数字水印为由若干个阿拉伯数字组成的序列的二值图像，所述阿拉伯数字都由固定个数的黑白方块组成；检测时，先对组成水印数字的各个方块是全黑还是全白进行判别，然后再判断各个数字是0至9十个数字中的哪一个，得到一个数字序列，即提取出的水印。

4.根据权利要求3所述的数字印刷品的防伪方法，其特征在于：所述固定个数的黑白方块为15个，按照5行3列分布。

5.根据权利要求1所述的数字印刷品的防伪方法，其特征在于：步骤(2)的子步骤b中，采用Harris角点检测算法在待检测数字图像中提取特征点。

6.根据权利要求1所述的数字印刷品的防伪方法，其特征在于：步骤(2)的子步骤b中，固定特殊角点，在角点附近划定一定范围局部采用Harris角点检测算法。

7.根据权利要求1所述的数字印刷品的防伪方法，其特征在于：步骤(2)的子步骤d中，采用统计的方法进行水印信息判别。