CN105512999A - 一种双变换的彩色图像全息水印方法 - Google Patents

Abstract

一种双变换的彩色图像全息水印方法，为一种基于四元数傅立叶变换和离散小波变换的彩色图像全息水印算法，利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图，得到全息水印对角高频子图，并将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中，进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像。

Description

一种双变换的彩色图像全息水印方法

技术领域

本发明涉及到一种彩色图像全息水印方法，具体涉及一种基于四元数傅立叶变换和离散小波变换的彩色图像全息水印方法，该彩色图像全息水印方法可以在平衡水印鲁棒性及不可见性获得更好的突破，可以广泛应用于彩色图像处理中。属彩色图像防伪印刷技术领域。

背景技术：

由于全息水印技术具有很好的可证明性、不可见性和鲁棒性，使得全息水印在版权的保护中得到很好的应用，目前在广播监控、所有者识别、所有权验证、交易跟踪、内容真伪鉴别、拷贝控制以及设备控制等广泛领域已经开始普遍推行全息水印技术防伪，而且其应用范围还在不断得到扩展。为了得到有效的、高质量的防伪印刷品，人们一直在探索各种方法来制作全息水印图案，目前主要有小波变换方法、DWT变换域数字水印方法，以及基于JPEG模型的嵌入方法等，以小波域全息水印算法较为成熟，也有提出以四元数将彩色图像表示为一个整体而被广泛应用于彩色图像处理中。但是目前为止，尚没有将两者结合起来将四元数傅里叶变换与小波域全息水印算法相结合提出新的水印方案的，因此两种算法的优点没有得到很好的整合，在如何平衡水印鲁棒性及不可见性方面难以取得很好的效果，所以仍有待进一步改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN201410331437，名称为“一种基于小波降噪的彩色图像全息水印方法”的发明专利，该专利公开了一种基于小波降噪的彩色图像全息水印方法，通过对提取水印图进行小波降噪二值化处理，从而达到计算机准确客观的判别水印信息。首先，对原始彩色图像进行正向小波变换及光学计算全息双随机相位加密水印嵌入，得到含有水印信息的彩色图像；其次，对所得到的含有水印信息的彩色图像进行逆向小波变换及光学计算全息双随机相位解密水印提取，得到全息水印图像；然后，对全息水印图像做二维小波降噪及二值化处理，得到降噪水印图像。

2、专利号为CN201410477806，名称为“抗几何攻击的全息水印算法”的发明专利，该专利公开了一种抗几何攻击的全息水印算法，包括：水印嵌入算法和水印提取算法。其中，水印嵌入算法包括以下步骤：生成随机相位模板ξ(x,y)；对水印图像进行ξ(x,y)调制，进行离散余弦变换，生成离散余弦变换全息水印图像；读取载体图像，转换到CMYK颜色空间，对Y分量进行离散余弦变换；将离散余弦变换全息水印图像嵌入离散余弦变换后的Y分量，然后进行离散余弦逆变换；以及将离散余弦逆变换后的Y分量和C、M、K分量合并，得到嵌入水印的CMYK格式的图像，然后进行印刷得到印刷图片。水印提取算法包括以下步骤：对印刷图片进行扫描，得到RGB格式的图像，转换为CMYK格式的图像，提取Y分量的灰度图像；Randon变换；进行离散余弦逆变换，得到水印图像。

3、专利号为CN201110204616，名称为“基于版权保护的变换域加密全息水印算法”的发明专利，该专利公开了一种基于版权保护的变换域加密全息水印算法，将水印信息进行双随机相位调制并生成水印全息图；其次将载体图像在Lab空间内的L分量进行4×4分块，对每一分块进行DCT变换，抽取每个矩阵的中低频系数，组成一个新的矩阵，并对之进行小波分解，将水印全息图嵌入到它的中低频小波系数上，得到嵌入后的彩色图像，将步骤方向操作可将水印图像再次提取。

上述这些专利虽然都涉及到全息水印算法，但都没有提到如何将四元数傅里叶变换与小波域全息水印算法，而将四元数傅里叶变换与小波域全息水印算法结合起来可以在平衡水印鲁棒性及不可见性获得更好的突破，所以仍需要进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有全息水印算法在水印鲁棒性及不可见性相结合方面所存在的问题，提出一种新型的全息水印算法，该全息水印算法可以在水印鲁棒性及不可见性相结合方面取得较好的平衡效果。

基于上述设想，本发明提出的技术方案是：一种双变换的彩色图像全息水印方法，为一种基于四元数傅立叶变换和离散小波变换的彩色图像全息水印算法，利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图，得到全息水印对角高频子图，并将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中，进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像。

进一步地，所述的利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图包括将水印信息利用傅立叶全息技术制成全息图，对全息图做一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的防伪信息。

进一步地，所述的进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像包括将彩色宿主图像用四元数表示，对其进行四元数傅立叶变换。

进一步地，所述的将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中包括取变换后的实部矩阵系数做二层小波分解，用全息水印对角高频子图替代二层小波分解得到的中频系数。

进一步地，所述的彩色图像全息水印算法具体采用如下步骤：

1）将水印信息利用傅立叶全息技术制成全息图，对全息图做一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的防伪信息；

2）将彩色宿主图像用四元数表示，对其进行四元数傅立叶变换；

3）取变换后的实部矩阵系数做二层小波分解，将分解得到的中频系数用步骤1）中得到的全息水印用对角高频子图替代；

4）进行二次小波重构得到新的实部系数，对新的四元数矩阵进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像；

5）提取，将待检测的彩色图像用四元数矩阵表示，进行四元数傅立叶变换，对实部系数矩阵进行二次小波变换，取中频系数进行逆傅立叶变换得到提取水印信息。

进一步地，所述的步骤包含以下内容：

1）将待嵌入的水印信息（大小为）制成傅立叶全息图（大小为2n×2n），将全息图进行一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的水印信息（大小为）；

2）将彩色宿主图像用一个实部为0的纯四元数来表示，RGB三色分量的矩阵分别作为四元数矩阵的三个虚部系数，；

3）对彩色图像表示的四元数矩阵实行四元数傅立叶左边换，将得到的系数矩阵实部进行二次小波分解得到三个中频系数矩阵,，四元数傅里叶作变换：

4）嵌入，将得到步骤三中小波分解得到的中频系数用步骤一中的全息图对角高频子图进行替换，嵌入式如下，；

5）进行二次小波重构得到嵌入水印的实部系数，再进行逆四元数傅立叶变换得到嵌入了水印的彩色宿主图像，四元数傅立叶左边换的逆变换为：

进一步地，水印提取步骤如下：

1）将待检测的图像用四元数进行表示，对四元数图像矩阵进行QDFT变换，取变换后的实部系数作为待检测水印区域；

2）对实部系数进行二次小波分解，取中频子图，对中频子图进行逆傅立叶变换进行全息复现得到最终提取的水印信息。

本发明的有益效果是：

所提出的水印算法结合了四元数傅里叶变换，利用了四元数在处理彩色图像时可以保留彩色图像中的色彩相关性，可以使得水印算法达到更好的不可见性。小波域的替换式嵌入可以实现水印提取算法的盲提取，同时利用了全息图由局部可以恢复全局的特性在保证了携带的信息量不变的情况下减少了实际嵌入量，水印算法的容量更大。

说明书附图

图1为本发明一个实施例的过程示意图；

图2为从含水印信息的“Peppers”彩色图像中提取出水印信息的过示意图；

图3为为全息水印算法的嵌入流程图；

图4为全息水印算法的水印提取流程图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例一

如附图所示，一种双变换的彩色图像全息水印方法，为一种基于四元数傅立叶变换和离散小波变换的彩色图像全息水印算法，利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图，得到全息水印对角高频子图，并将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中，进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像。

进一步地，所述的利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图包括将水印信息利用傅立叶全息技术制成全息图，对全息图做一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的防伪信息。

进一步地，所述的进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像包括将彩色宿主图像用四元数表示，对其进行四元数傅立叶变换。

进一步地，所述的将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中包括取变换后的实部矩阵系数做二层小波分解，用全息水印对角高频子图替代二层小波分解得到的中频系数。

进一步地，所述的彩色图像全息水印算法具体采用如下步骤：

1）将水印信息利用傅立叶全息技术制成全息图，对全息图做一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的防伪信息；

2）将彩色宿主图像用四元数表示，对其进行四元数傅立叶变换；

3）取变换后的实部矩阵系数做二层小波分解，将分解得到的中频系数用步骤1）中得到的全息水印用对角高频子图替代；

4）进行二次小波重构得到新的实部系数，对新的四元数矩阵进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像；

5）提取，将待检测的彩色图像用四元数矩阵表示，进行四元数傅立叶变换，对实部系数矩阵进行二次小波变换，取中频系数进行逆傅立叶变换得到提取水印信息。

进一步地，所述的步骤包含以下内容：

1）将待嵌入的水印信息（大小为）制成傅立叶全息图（大小为2n×2n），将全息图进行一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的水印信息（大小为）；

2）将彩色宿主图像用一个实部为0的纯四元数来表示，RGB三色分量的矩阵分别作为四元数矩阵的三个虚部系数，；

3）对彩色图像表示的四元数矩阵实行四元数傅立叶左边换，将得到的系数矩阵实部进行二次小波分解得到三个中频系数矩阵，四元数傅里叶作变换：

4）嵌入，将得到步骤三中小波分解得到的中频系数用步骤一中的全息图对角高频子图进行替换，嵌入式如下，；

5）进行二次小波重构得到嵌入水印的实部系数，再进行逆四元数傅立叶变换得到嵌入了水印的彩色宿主图像，四元数傅立叶左边换的逆变换为：

进一步地，水印提取步骤如下：

1）将待检测的图像用四元数进行表示，对四元数图像矩阵进行QDFT变换，取变换后的实部系数作为待检测水印区域；

2）对实部系数进行二次小波分解，取中频子图，对中频子图进行逆傅立叶变换进行全息复现得到最终提取的水印信息。

很显然，上述实施例只是本发明，只是为了说明本发明所列举的几个实例，任何本领域内普通的技术人员的简单更改和替换都是本发明的保护之内。

本发明的有益效果是：

所提出的水印算法结合了四元数傅里叶变换，利用了四元数在处理彩色图像时可以保留彩色图像中的色彩相关性，可以使的水印算法达到更好的不可见性。小波域的替换式嵌入可以实现水印提取算法的盲提取，同时利用了全息图由局部可以恢复全局的特性在保证了携带的信息量不变的情况下减少了实际嵌入量，水印算法的容量更大。

Claims (7)

1.一种双变换的彩色图像全息水印方法，为一种基于四元数傅立叶变换和离散小波变换的彩色图像全息水印算法，利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图，得到全息水印对角高频子图，并将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中，进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像。

2.如权利要求1所述的双变换的彩色图像全息水印方法，其特征在于：所述的利用傅立叶全息技术与离散小波变换制成全息图包括将水印信息利用傅立叶全息技术制成全息图，对全息图做一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的防伪信息。

3.如权利要求1所述的双变换的彩色图像全息水印方法，其特征在于：所述的进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像包括将彩色宿主图像用四元数表示，对其进行四元数傅立叶变换。

4.如权利要求1所述的双变换的彩色图像全息水印方法，其特征在于：所述的将全息水印对角高频子图嵌入四元数矩阵实部系数中包括取变换后的实部矩阵系数做二层小波分解，用全息水印对角高频子图替代二层小波分解得到的中频系数。

5.如权利要求1所述的双变换的彩色图像全息水印方法，其特征在于：所述的彩色图像全息水印算法具体采用如下步骤：

1）将水印信息利用傅立叶全息技术制成全息图，对全息图做一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的防伪信息；

2）将彩色宿主图像用四元数表示，对其进行四元数傅立叶变换；

3）取变换后的实部矩阵系数做二层小波分解，将分解得到的中频系数用步骤1）中得到的全息水印用对角高频子图替代；

4）进行二次小波重构得到新的实部系数，对新的四元数矩阵进行逆四元数傅立叶变换得到最终的含水印彩色图像；

5）提取，将待检测的彩色图像用四元数矩阵表示，进行四元数傅立叶变换，对实部系数矩阵进行二次小波变换，取中频系数进行逆傅立叶变换得到提取水印信息。

6.如权利要求5所述的双变换的彩色图像全息水印方法，其特征在于：所述的步骤包含以下内容：

1）将待嵌入的水印信息（大小为）制成傅立叶全息图（大小为2n×2n），将全息图进行一次小波分解，取对角高频子图作为待嵌入的水印信息（大小为）；

2）将彩色宿主图像用一个实部为0的纯四元数来表示，RGB三色分量的矩阵分别作为四元数矩阵的三个虚部系数，；

3）对彩色图像表示的四元数矩阵实行四元数傅立叶左边换，将得到的系数矩阵实部进行二次小波分解得到三个中频系数矩阵，四元数傅里叶作变换：

4）嵌入，将得到步骤三中小波分解得到的中频系数用步骤一中的全息图对角高频子图进行替换，嵌入式如下，；

5）进行二次小波重构得到嵌入水印的实部系数，再进行逆四元数傅立叶变换得到嵌入了水印的彩色宿主图像，四元数傅立叶左边换的逆变换为：

。

7.如权利要求1所述的双变换的彩色图像全息水印方法，其特征在于：水印提取步骤如下：

1）将待检测的图像用四元数进行表示，对四元数图像矩阵进行QDFT变换，取变换后的实部系数作为待检测水印区域；

2）对实部系数进行二次小波分解，取中频子图，对中频子图进行逆傅立叶变换进行全息复现得到最终提取的水印信息。