CN106570813A - 全息数字水印嵌入方法、提取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全息数字水印嵌入方法、提取方法和装置。其中，该全息数字水印嵌入方法包括：采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；将加密全息图像转换到CIELab颜色空间，得到第一亮度分量；对第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；采用选择的嵌入强度，对加密全息图像和低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。本发明具有较强的鲁棒性。

Description

全息数字水印嵌入方法、提取方法和装置

技术领域

本发明涉及数字水印技术领域，尤其涉及一种全息数字水印嵌入方法、提取方法和装置。

背景技术

数字水印(Digital Watermarking)是通过在原始数据中嵌入水印(Watermark)来证实数据的所有权。这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识或序列号等，这种水印通常是不可见或不可察的，它与原始数据紧密结合并隐藏其中，通过专用的检测器或阅读器才能提取。将数字水印技术应用于印刷过程，可以避免在印刷过程中添加特殊材料或采用特殊工艺等手段达到防伪的目的。而特殊的材料、工艺又往往会引起印品成品提高、不适合大批量生产、安全性下降等问题。

1.数字水印的生成。生成数字水印是完成向数字图像中嵌入水印的最关键一步。若m表示原始信息，F表示水印生成函数，x表示要嵌入水印的原始图像，k表示密钥，w表示要加入的水印，则可以得到下式1：

w＝F(m，x，k) 式1。

2.水印嵌入模型。水印的嵌入就是把生成的水印信息再进行适当的变换嵌入到数字图像中，其输入信号是水印信息、载体数据和一个可选的密钥，常用的嵌入公式可以采用式2表示：

其中v_i、分别表示图像像素和嵌入水印的图像像素，w为水印信号分量，参数α为小于1的水印嵌入强度因子。

3.水印检测模型。数字水印的检测(提取)是数字水印技术的关键之一。一般情况下，在提取水印之前先检测水印是否存在。然后根据检测密钥，采用嵌入算法的逆运算，提取待证实的每个水印。若用G表示水印检测函数，为待检测图像，为待证实的水印，x为原始载体图像，k为密钥，则可以得到式3：

4.水印的特性。通常情况下，通过权衡水印的鲁棒性、容量和不可见性来确定适合的水印方案。鲁棒性是指水印抵制不同攻击和篡改的能力。容量是水印嵌入过程中可以被嵌入信息量的大小。不可见性是指倘若便用数字水印技术作为防伪技术，水印不影响宿主图像的视觉效果。

以上三个性质互相矛盾，互相制约。一方面为了保证水印信息不被轻易提取、篡改，必然要保证较好的鲁棒性，因而水印信息要嵌入易于感知的部分。另一方面，为了具有较高的不可见性，水印不得不被放置在不易被感知的部分。同样，没有一个水印方案既可抵制广泛的攻击，又具有很高的容量；只有降低水印的不可见性，才能提高水印的容量。

数字水印是利用密钥对信息进行加密，生成水印信息，然后使用某种嵌入算法将其嵌入宿主图像中，再提取并鉴别水印信息，以实现防伪目的。

根据水印嵌入位置，可将水印算法分为空间域与变换域。

1、空间域又称图像空间，在空间域中嵌入水印意味着宿主图像的像素值被直接修改。空间域算法先于变换域算法提出，水印嵌入操作流程较简单，易于被滤波、噪声、压缩等操作攻击。考虑到算法的鲁棒性，空间域水印算法易于被滤波、有损压缩等攻击破坏，且通常在嵌入水印前需要使用低通滤波处理宿主图像，降低了图像质量。

2、变换域数字水印算法将水印信息嵌入宿主图像变换域，可有效提高对信号处理操作的鲁棒性。关于变换域的研究主要集中在离散余弦变换域(discrete cosine domain，DCT)和离散小波变换域(discrete wavelet transform，DWT)。

在DCT域中嵌入水印，首先需要对宿主图像进行DCT处理。考虑到人眼视觉对图像低频部分更为敏感，为保证水印的不可见性，一般不会将水印嵌入低频部分。图像压缩主要破坏图像的高频部分，但对中频部分影响不大，故通常选择中频嵌入水印。

DWT域具有较好的视频域特性及良好的局部性，经过一次小波分解，可得到四个子带，分别记作LL、LH、HL、HH。其中LL是低频子带，承载着原图的主要信息。其余三个子带则是原图边缘、细节的体现。经过二次小波分解，可以再得到四个子带，以此类推可得到多次小波分解的子带。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种全息数字水印嵌入方法、提取方法和装置。

根据本发明的一实施例，提供了一种全息数字水印嵌入方法，包括：

采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；

将所述加密全息图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到第一亮度分量；

对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；

采用选择的嵌入强度，对所述加密全息图像和所述低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；

对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；

将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像，包括：

生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b；

对所述待处理图像进行相位值为p的变换后，进行傅里叶变换；

对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为b的变换后，再进行傅里叶反变换，得到所述加密全息图像H。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数，包括：

对所述第一亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

对所述第一系数进行水印的嵌入；

对嵌入水印后的第一系数进行二次小波变换，获得第二系数，所述第二系数为所述低频小波系数。

根据本发明的一实施例，提供了一种全息数字水印提取方法，包括：

将嵌入水印的图像转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到亮度分量；

对所述亮度分量进行两次小波变换，得到包括加密水印信息的低频小波系数；

对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换；

对变换后的水印信息进行滤波和小波降噪，并进行二值化，得到所提取的水印信息。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，对所述亮度分量进行两次小波变换，包括：

对所述亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

对第一系数再次进行二次小波变换，将得到的第二系数作为包括加密水印信息的低频小波系数。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换，包括：

对所述第二系数进行傅里叶变换后，进行相位值为-b的变换，并进行傅里叶反变换；

对傅里叶反变换后的水印信息进行相位值为-p的变换；

其中，p、b为采用两个随机矩阵表示的随机密钥，-p为p的逆矩阵，-b为b的逆矩阵。

根据本发明的一实施例，提供了一种全息数字水印嵌入装置，包括：

密钥变换模块，用于采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；

第一颜色空间转换模块，用于将所述加密全息图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到第一亮度分量；

小波变换模块，用于对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；

叠加求和模块，用于采用选择的嵌入强度，对所述加密全息图像和所述低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；

小波逆变换模块，用于对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；

第二颜色空间转换模块，用于将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述密钥变换模块包括：

密钥生成子模块，用于生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b；

第一变换子模块，用于对所述待处理图像进行相位值为p的变换后，进行傅里叶变换；

第二变换子模块，用于对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为b的变换后，再进行傅里叶反变换，得到所述加密全息图像H。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述小波变换模块包括：

一次小波变换子模块，用于对所述第一亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

水印嵌入子模块，用于对所述第一系数进行水印的嵌入；

二次小波变换子模块，用于对嵌入水印后的第一系数进行二次小波变换，获得第二系数，所述第二系数为所述低频小波系数。

根据本发明的一实施例，提供了一种全息数字水印提取装置，包括：

颜色空间转换模块，用于将嵌入水印的图像转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到亮度分量；

小波变换模块，用于对所述亮度分量进行两次小波变换，得到包括加密水印信息的低频小波系数；

密钥变换模块，用于对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换；

滤波降噪模块，用于对变换后的水印信息进行滤波和小波降噪，并进行二值化，得到所提取的水印信息。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述小波变换模块包括：

一次小波变换子模块，用于对所述亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

二次小波变换子模块，用于对第一系数再次进行二次小波变换，将得到的第二系数作为包括加密水印信息的低频小波系数。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述密钥变换模块包括：

第一变换子模块，用于对所述低频小波系数进行傅里叶变换后，进行相位值为-b的变换，并进行傅里叶反变换；

第二变换子模块，用于对傅里叶反变换后的水印信息进行相位值为-p的变换；

其中，p、b为采用两个随机矩阵表示的随机密钥，-p为p的逆矩阵，-b为b的逆矩阵。

本发明实施例采用双随机相位加密对待处理图像加密后，对加密全息图像进行颜色空间转换，并对颜色空间转换得到的亮度分量进行小波变换，从而在亮度分量中嵌入水印。

此外，对嵌入水印的图像进行颜色空间转换和小波变换，能够从亮度分量中提取水印。

由于亮度分量的改变不会引起图像颜色分量的变换，不会造成图像的失真，可以在保证不影响原始彩色图像质量的前提下，对不同设备颜色空间的转化所引起的攻击具有较强的鲁棒性。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1和图2示出根据本发明一实施例的全息数字水印嵌入方法的流程图。

图3和图4示出根据本发明一实施例的全息数字水印提取方法的流程图。

图5和图6示出根据本发明一实施例的全息数字水印嵌入装置的结构框图。

图7和图8示出根据本发明一实施例的全息数字水印提取装置的结构框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

全息数字水印为防伪印刷提供了一种新思路。全息图的记录和重构过程脱离传染光学元件而转移到计算机完成，形成数字全息图。数字全息图应用于数字水印防伪中有以下优势：

1、全息图是编码形式的高频干涉条纹，人类视觉对其不可见，且以干涉条织形式记录的全息图类似随机条纹，因而可视全息水印信息为伪噪声，这极大的提高了水印的不可见性。

2、不可撕毁性。由于全息图上的每个点并不是和原物平面的单个点一一对应，而是在整个原物平面共同作用下产生的。因而可以通过全息图上的部分点还原全部信息。该性质极大的改善了印刷过程中因网点离散化造成水印信息丢失而不能顺利提取水印的问题。

3、全息图的记录相重构过程需要相同的衍射距离和光波波长，重构时必须提供相同的参数才能恢复原信息。因而，使用全息图作为水印信息，一定程度上对信息进行了加密。

4、与传统光学全息图相比，数字全息图的记录和重构过程均在计算机上完成，省去了光学元件的加入和物理化学处理过程，操作性更强。

实施例1

图1示出根据本发明一实施例的全息数字水印嵌入方法的流程图。如图1所示，该全息数字水印嵌入方法可以包括：

步骤101、采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；

步骤102、将所述加密全息图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到第一亮度分量；

步骤103、对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；

步骤104、采用选择的嵌入强度，对所述加密全息图像和所述低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；

步骤105、对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；

步骤106、将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像(步骤101)，可以包括：

步骤201、生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b；

步骤202、对所述待处理图像进行相位值为p的变换后，进行傅里叶变换；

步骤203、对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为b的变换后，再进行傅里叶反变换，得到所述加密全息图像H。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数(步骤103)，可以包括：

步骤204、对所述第一亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

步骤205、对所述第一系数进行水印的嵌入；

步骤206、对嵌入水印后的第一系数进行二次小波变换，获得第二系数，所述第二系数为所述低频小波系数。

本实施例采用双随机相位加密对待处理图像加密后，对加密全息图像进行颜色空间转换，并对颜色空间转换得到的亮度分量进行小波变换，从而在亮度分量中嵌入水印。由于亮度分量的改变不会引起图像颜色分量的变换，不会造成图像的失真，可以在保证不影响原始彩色图像质量的前提下，对不同设备颜色空间的转化所引起的攻击具有较强的鲁棒性。

实施例2

图3示出根据本发明一实施例的全息数字水印提取方法的流程图。如图3所示，该全息数字水印提取方法可以包括：

步骤301、将嵌入水印的图像转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到亮度分量；

步骤302、对所述亮度分量进行两次小波变换，得到包括加密水印信息的低频小波系数；

步骤303、对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换；

步骤304、对变换后的水印信息进行滤波和小波降噪，并进行二值化，得到所提取的水印信息。

在一种可能的实现方式中，如图4所示，在步骤302中，对所述亮度分量进行两次小波变换，可以包括：

步骤401、对所述亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

步骤402、对第一系数再次进行二次小波变换，将得到的第二系数作为包括加密水印信息的低频小波系数。

在一种可能的实现方式中，如图4所示，对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换(步骤303)，可以包括：

步骤403、对所述第二系数进行傅里叶变换后，进行相位值为-b的变换，并进行傅里叶反变换；

步骤404、对傅里叶反变换后的水印信息进行相位值为-p的变换；

其中，p、b为采用两个随机矩阵表示的随机密钥，-p为p的逆矩阵，-b为b的逆矩阵。

本实施例中的随机密钥p、b可以与水印嵌入过程中所采用的随机密钥p、b相同。

本实施例对嵌入水印的图像进行颜色空间转换和小波变换，能够从亮度分量中提取水印。由于亮度分量的改变不会引起图像颜色分量的变换，不会造成图像的失真，可以在保证不影响原始彩色图像质量的前提下，对不同设备颜色空间的转化所引起的攻击具有较强的鲁棒性。

实施例3

通过研究以往算法的鲁棒性和不可见性的缺点，本实施例提供一种基于Lab空间的图像全息数字水印算法。该算法具有较好的不可见性，对常规的图像处理(如剪切、加噪声和压缩等)操作具有很强的鲁棒性，且该水印算法可以实现盲提取。

CIE1976L*a*b(简称CIELab)颜色空间是一种与设备无关的颜色模型。CIELab色彩空间(或称为CIELab颜色空间、CIELab标准颜色空间等)比RGB模式和CMYK模式的色彩空间大，用亮度和色差来描述色彩分量，是目前惟一即能直观感觉、又能用于参数描述的色彩空间，可以准确客观地描述、传递、管理和复制色彩。CIELab标准颜色空间能够确保彩色图像颜色失真尽可能小地在不同设备上传递和输出。由于CIELab可以保证在进行色彩模式转换时，CMYK范围内的色彩没有损失，有利于彩色图像的抗打印和扫描算法的实现，尽量减少由于颜色空间转换对水印信号的提取造成的因难，这样可以提高水印算法的鲁棒性，所以水印可以嵌入到L分量(亮度分量)上。

将彩色图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，并在包含图像亮度信息的L分量中嵌入水印。L分量的改变不会引起图像颜色分量的变换，从而不会造成图像的失真，可以使水印信号在保证不影响原始彩色图像质量的前提下，对不同设备颜色空间的转化所引起的攻击具有较强的鲁棒性。

小波(Wavelet)即小区域的波，该小波的波形是长度有限且平均值为零的波形。在图像分析中，小波变换的思想是对图像进行多分辨率分析，将图像分解成不同频率、不同空间的子图像。经过一次小波变换后的图像，其频域系数可以分解为一个低频子带和3个高频子带(水平份量、垂直分量和对角线分量)。每个子带可以继续分解，K级分解时，能够得到(3K+1)个子带。

一、该水印嵌入算法采用全息加密对水印信息进行加密，在CIELab颜色空间的L分量的频域中嵌入全息加密水印信息。水印嵌入算法流程如下：

(1)生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b(在光学加密中为两个相位模板)，作为全息加密系统的双相位，即加密解密系统的双密钥。对待处理图像S进行相位值为p的变换。对变换后的水印信息进行傅里叶变换。然后进行相位值为b的变换，再进行傅里叶反变换。双随机相位加密之后生成加密全息图像H。

(2)把载体RGB图像(即上一步得到的加密全息图像H)从RGB颜色转换为CIElab颜色空间，即转换到与设备无关的颜色空间。这样，可以得到CIElab图像。

(3)从CIElab图像的CIELab颜色空间分离得到L分量，对L分量进行小波分解(或称为小波变换)，取其小波变换的低频系数进行水印的嵌入，再对嵌入水印后的系数进行二次小波分解，获得低频系数矩阵D。

(4)选择合适的嵌入强度K，对L小波变换后的低频系数矩阵D和H进行叠加求和，得到嵌入水印后的L分量的小波系数M。例如，可以嵌入强度K作为D或H的系数，以调整D和H的比例。K可以为多次调整得到的经验值。

(5)对嵌入水印后的L分量的小波系数M进行两次小波逆变换得到L分量。将这一步得到L分量与第(2)步得到的CIElab图像中的其他分量组合得到新的CIElab图像。再把新的CIElab图像的颜色空间从CIELab颜色空间转换到RGB颜色空间，获得含水印的RGB图像。

二、水印提取算法流程如下：

(1)首先将含水印的彩色图像转换到CIELab标准颜色空间，分离L分量后，对L分量进行小波分解，得到低频小波系数。

(2)然后对上一步的低频小波系数再次进行小波分解，二次小波分解得到的低频小波系数即为含加密水印信息的系数。

(3)对含加密水印信息的系数进行傅里叶变换。

(4)接着对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为-b的变换，然后进行傅里叶反变换。其中，-b为b的逆矩阵。

(5)最后对傅里反叶变换后的水印信息进行相位值为-p的变换，得到提取的水印信息。其中，-p为p的逆矩阵。

(6)对提取的水印信息进行滤波和小波降噪，然后进行二值化，得到最终的水印信息。

实施例4

图5示出根据本发明一实施例的全息数字水印嵌入装置的结构框图。如图5所示，该全息数字水印嵌入装置可以包括：

密钥变换模块51，用于采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；

第一颜色空间转换模块52，用于将所述加密全息图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到第一亮度分量；

小波变换模块53，用于对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；

叠加求和模块54，用于采用选择的嵌入强度，对所述加密全息图像和所述低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；

小波逆变换模块55，用于对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；

第二颜色空间转换模块56，用于将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。

在一种可能的实现方式中，如图6所示，所述密钥变换模块51包括：

密钥生成子模块511，用于生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b；

第一变换子模块512，用于对所述待处理图像进行相位值为p的变换后，进行傅里叶变换；

第二变换子模块513，用于对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为b的变换后，再进行傅里叶反变换，得到所述加密全息图像H。

在一种可能的实现方式中，如图6所示，所述小波变换模块53包括：

一次小波变换子模块531，用于对所述第一亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

水印嵌入子模块532，用于对所述第一系数进行水印的嵌入；

二次小波变换子模块533，用于对嵌入水印后的第一系数进行二次小波变换，获得第二系数，所述第二系数为所述低频小波系数。

实施例5

图7示出根据本发明一实施例的全息数字水印提取装置的结构框图。如图7所示，该全息数字水印提取装置可以包括：

颜色空间转换模块71，用于将嵌入水印的图像转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到亮度分量；

小波变换模块72，用于对所述亮度分量进行两次小波变换，得到包括加密水印信息的低频小波系数；

密钥变换模块73，用于对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换；

滤波降噪模块74，用于对变换后的水印信息进行滤波和小波降噪，并进行二值化，得到所提取的水印信息。

在一种可能的实现方式中，如图8所示，所述小波变换模块72包括：

一次小波变换子模块721，用于对所述亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

二次小波变换子模块722，用于对第一系数再次进行二次小波变换，将得到的第二系数作为包括加密水印信息的低频小波系数。

在一种可能的实现方式中，如图8所示，所述密钥变换模块73包括：

第一变换子模块731，用于对所述低频小波系数进行傅里叶变换后，进行相位值为-b的变换，并进行傅里叶反变换；

第二变换子模块732，用于对傅里叶反变换后的水印信息进行相位值为-p的变换；

其中，p、b为采用两个随机矩阵表示的随机密钥，-p为p的逆矩阵，-b为b的逆矩阵。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种全息数字水印嵌入方法，其特征在于，包括：

采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；

将所述加密全息图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到第一亮度分量；

对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；

采用选择的嵌入强度，对所述加密全息图像和所述低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；

对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；

将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像，包括：

生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b；

对所述待处理图像进行相位值为p的变换后，进行傅里叶变换；

对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为b的变换后，再进行傅里叶反变换，得到所述加密全息图像H。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数，包括：

对所述第一亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

对所述第一系数进行水印的嵌入；

对嵌入水印后的第一系数进行二次小波变换，获得第二系数，所述第二系数为所述低频小波系数。

4.一种全息数字水印提取方法，其特征在于，包括：

将嵌入水印的图像转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到亮度分量；

对所述亮度分量进行两次小波变换，得到包括加密水印信息的低频小波系数；

对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换；

对变换后的水印信息进行滤波和小波降噪，并进行二值化，得到所提取的水印信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述亮度分量进行两次小波变换，包括：

对所述亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

对第一系数再次进行二次小波变换，将得到的第二系数作为包括加密水印信息的低频小波系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换，包括：

对所述第二系数进行傅里叶变换后，进行相位值为-b的变换，并进行傅里叶反变换；

对傅里叶反变换后的水印信息进行相位值为-p的变换；

其中，p、b为采用两个随机矩阵表示的随机密钥，-p为p的逆矩阵，-b为b的逆矩阵。

7.一种全息数字水印嵌入装置，其特征在于，包括：

密钥变换模块，用于采用两个随机密钥对待处理图像进行双随机相位加密，以生成加密全息图像；

第一颜色空间转换模块，用于将所述加密全息图像从RGB颜色空间转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到第一亮度分量；

小波变换模块，用于对所述第一亮度分量进行两次小波变换，以获得低频小波系数；

叠加求和模块，用于采用选择的嵌入强度，对所述加密全息图像和所述低频小波系数进行叠加求和，得到嵌入水印后的亮度分量的小波系数；

小波逆变换模块，用于对嵌入水印后的亮度分量的小波系数进行两次小波逆变换得到第二亮度分量；

第二颜色空间转换模块，用于将包括所述第二亮度分量的CIELab图像从所述CIELab颜色空间转换到所述RGB颜色空间，得到嵌入水印的RGB图像。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述密钥变换模块包括：

密钥生成子模块，用于生成两个随机矩阵作为两个随机密钥p、b；

第一变换子模块，用于对所述待处理图像进行相位值为p的变换后，进行傅里叶变换；

第二变换子模块，用于对傅里叶变换后的水印信息进行相位值为b的变换后，再进行傅里叶反变换，得到所述加密全息图像H。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述小波变换模块包括：

一次小波变换子模块，用于对所述第一亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

水印嵌入子模块，用于对所述第一系数进行水印的嵌入；

二次小波变换子模块，用于对嵌入水印后的第一系数进行二次小波变换，获得第二系数，所述第二系数为所述低频小波系数。

10.一种全息数字水印提取装置，其特征在于，包括：

颜色空间转换模块，用于将嵌入水印的图像转换到CIELab颜色空间，得到CIELab图像，并从所述CIELab图像分离得到亮度分量；

小波变换模块，用于对所述亮度分量进行两次小波变换，得到包括加密水印信息的低频小波系数；

密钥变换模块，用于对所述低频小波系数进行傅里叶变换和密钥变换；

滤波降噪模块，用于对变换后的水印信息进行滤波和小波降噪，并进行二值化，得到所提取的水印信息。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述小波变换模块包括：

一次小波变换子模块，用于对所述亮度分量进行一次小波变换，得到第一系数；

二次小波变换子模块，用于对第一系数再次进行二次小波变换，将得到的第二系数作为包括加密水印信息的低频小波系数。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述密钥变换模块包括：

第一变换子模块，用于对所述低频小波系数进行傅里叶变换后，进行相位值为-b的变换，并进行傅里叶反变换；

第二变换子模块，用于对傅里叶反变换后的水印信息进行相位值为-p的变换；

其中，p、b为采用两个随机矩阵表示的随机密钥，-p为p的逆矩阵，-b为b的逆矩阵。