CN108596817B - 一种水印数据的嵌入及提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水印数据的嵌入及提取方法，上述方法对几何失真及低质量的拍摄可靠，因而对原始图像来说，水印数据的提取的成功可能性高，但在未经授权的复制等的情况下，水印数据的提取的成功可能性严重削弱。根据本发明一实施例的数据嵌入方法包括：利用水印数据，对噪声基质图像进行转换的步骤；以及利用上述转换的噪声基质图像来调节上述原始图像的步骤。

Description

一种水印数据的嵌入及提取方法

技术领域

本发明涉及一种水印数据的嵌入(embedding)及提取方法。更详细地涉及用人类的视觉无法识别，但可通过图像处理提取的方式，将水印数据嵌入到图像中，并从图像中提取以这种方法嵌入的水印数据的方法。

背景技术

使用水印技术，可向原始图像插入水印数据或水印纹理，这种水印数据或水印纹理在原始版本中不可见，但在未经授权的复制时暴露出。这种水印技术被广泛应用于真品认证或正版认证等的用途。然而，水印技术可通过计算机设备的图像处理来进行提取而不被人看到，但还未能够提供在未经授权的复制等的情况下无法进行提取的形式的水印技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国公开专利第2017-0132741号

专利文献2：美国公开专利第2017-0024844号

专利文献3：美国公开专利第2017-0024845号

专利文献4：美国公开专利第2016-0267620号

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水印数据的嵌入及提取方法，上述方法对几何失真及低质量的拍摄可靠，因而对原始图像来说，水印数据的提取成功可能性高，但在未经授权的复制等的情况下，水印数据的提取成功可能性严重削弱。

本发明所要解决的再一技术问题在于，提供一种水印数据的嵌入及提取方法，上述方法借助水印数据的嵌入，使原始图像的质量的损坏最小化，不显示水印数据的嵌入与否。

本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种水印数据的嵌入及提取方法，上述方法随着原始图像的大小的增加，可嵌入的水印数据的大小也随之增加。

本发明所要解决的还一技术问题在于，提供一种水印数据的嵌入及提取方法，上述方法使与嵌入及提取方法相关的线索泄露的可能性最小化。

本发明所要解决的又一技术问题在于，提供一种图像水印数据的嵌入及提取方法，上述方法即使打印材质产生变化，提取水印数据也无问题。

本发明所要解决的又一技术问题在于，提供一种与图像的大小无关地可适用的嵌入及提取方法。

本发明的多个技术问题不限于以上所提及的多个技术问题，未提及的另外的其他多个技术问题可从以下的记载来使本发明所属技术领域的普通技术人员正确理解。

技术解决方案

为了达到上述目的的本发明一实施例的一种数据嵌入方法，其在原始图像中嵌入水印数据，包括：利用上述水印数据，对噪声基质图像进行转换的步骤；以及利用上述转换的噪声基质图像来调节上述原始图像的步骤，此时，上述噪声基质图像由具有在频域中已指定的特定坐标的幅度峰值的二维幅度谱及随机相位来表示。

在一实施例中，上述噪声基质图像在频域中以多个幅度峰值及随机相位来表示，上述多个幅度峰值分别由形成于已指定的坐标的多个幅度峰值形成。此时，上述多个幅度峰值由特定数量的上述多个幅度峰值形成。

在一实施例中，上述幅度峰值的幅度值为第一值，上述噪声基质图像具有幅度谱，上述幅度谱在频域中除了上述幅度峰值的所有区域的幅度值具有不同于上述第一值的第二值。

在一实施例中，上述随机相位利用固定的键值来生成。

在一实施例中，利用上述转换的噪声基质图像来转换上述原始图像的步骤包括：以上述原始图像的大小为基准，向水平方向及垂直方向中的至少一个方向，连接多个上述转换的噪声基质图像的步骤。

在一实施例中，利用上述转换的噪声基质图像来调节上述原始图像的步骤包括：针对上述原始图像的第一像素的R通道值、G通道值及B通道值均超过阈值或均低于阈值的情况，调节上述第一像素的步骤。此时，调节上述原始图像的上述当前像素的步骤包括：在上述转换的噪声基质图像的第二像素为白色的情况下，对上述第一像素进行第一调节，在上述第二像素为黑色的情况下，以不同于上述第一调节的规则，对上述第一像素进行第二调节的步骤，上述第一像素和上述第二像素以图像内位置基准来相对应。

为了达到上述目的的本发明另一实施例的一种计算机程序，其通过与计算机设备相结合来将水印数据嵌入到原始图像中，为了执行如下步骤而存储于记录介质：利用上述水印数据，对噪声基质图像进行转换的步骤；以及利用上述转换的噪声基质图像来调节上述原始图像的步骤。此时，上述噪声基质图像由具有在频域中已指定的特定坐标的幅度峰值的二维幅度谱及随机相位来表示。

为了达到上述目的的本发明再一实施例的一种数据提取方法，其从作为嵌入有水印数据的图像的拍摄图像中提取水印数据，包括：通过执行将上述拍摄图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述拍摄图像的二维的第二结果矩阵的步骤；通过使上述第二结果矩阵转换为空间域，来生成第二参考图像的步骤；利用上述第二参考图像，在上述拍摄图像中确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤；以及参照上述噪声基质图像，从上述拍摄图像的基准点中提取上述水印数据的步骤。

在一实施例中，在生成上述第二结果矩阵的步骤之前，还包括从上述拍摄图像中生成修改图像的步骤，生成上述二维的第二结果矩阵的步骤包括通过执行将上述修改图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述修改图像的上述第二结果矩阵的步骤，确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤包括在上述修改图像中确定上述基准点的步骤，提取上述水印数据的步骤包括从上述修改图像的基准点中提取上述水印数据的步骤。此时，从上述拍摄图像中生成修改图像的步骤包括：通过对上述噪声基质图像及上述拍摄图像进行数极坐标转换，来计算相对于上述拍摄图像的上述噪声基质图像的刻度及旋转角度的步骤；以及通过反映上述刻度及上述旋转角度，来从上述拍摄图像中生成上述修改图像的步骤。

在一实施例中，在生成上述第二结果矩阵的步骤之前，还包括从上述拍摄图像中生成修改图像，对上述修改图像进行单色化，使内在于上述修改图像的噪声的表达最大化的步骤，生成上述二维的第二结果矩阵的步骤包括通过执行将上述单色化的修改图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述修改图像的上述第二结果矩阵的步骤，确定上述水印数据的提取位置的步骤包括在上述单色化的修改图像确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤，提取上述水印数据的步骤包括从上述单色化的修改图像中提取上述水印数据的步骤。

在一实施例中，上述噪声基质图像由具有在频域中已指定的特定坐标的幅度峰值的二维幅度谱及随机相位来表示。

为了达到上述目的的本发明一实施例的一种计算机程序，其从作为嵌入有水印数据的图像的拍摄图像中提取水印数据，为了执行如下步骤而存储于记录介质：通过执行将上述拍摄图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述拍摄图像的二维的第二结果矩阵的步骤；通过使上述第二结果矩阵转换为空间域，来生成第二参考图像的步骤；利用上述第二参考图像，在上述拍摄图像中确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤；以及参照上述噪声基质图像，从上述拍摄图像的基准点中提取上述水印数据的步骤。

附图标记的说明

图1为用于说明根据本发明一实施例的水印数据的嵌入方法及根据本发明一实施例的水印数据的提取方法被使用的状况的概念图。

图2为用于对根据本发明的多个实施例的水印数据的嵌入方法的嵌入有水印数据的图像和原始图像进行比较的图。

图3为根据本发明一实施例的水印数据的嵌入方法的流程图流程图。

图4为助于可通过参照图3来理解的水印数据的嵌入方法的理解的概念图。

图5为用于说明在本发明的多个实施例中被参照的噪声基质的图。

图6及图7为用于说明可在本发明的多个实施例中进行参照的噪声基质的一示例的图。

图8及图9为用于说明可在本发明的多个实施例中进行参照的噪声基质的另一示例的图。

图10为可在本发明的多个实施例进行参照的互不相同的大小的噪声基质的图。

图11为用于进一步详细说明可通过参照图3来理解的水印数据的嵌入方法的一部分操作的流程图。

图12为用于利用图11的一部分操作的结果来说明噪声基质被模块化的结果的图。

图13为用于进一步详细说明可通过参照图3来理解的水印数据的嵌入方法的一部分操作的流程图。

图14及图16为利用图13的操作的结果来举例说明噪声基质为了表示水印数据而进行转换的操作的图。

图15为用于说明可在本发明的多个实施例进行参照的噪声基质转换基准的图。

图17为用于说明可在本发明的多个实施例进行参照的水印数据嵌入或提取的块遍历的图。

图18为利用图13的一部分操作的结果来说明噪声基质为了表示水印数据而转换的结果的图。

图19为根据本发明的再一实施例的水印数据提取方法的流程图。

图20为用于说明在根据本发明一实施例的水印数据提取方法中，需要对拍摄的图像进行预处理的理由的图。

图21为用于详细说明可通过参照图19来理解的水印数据提取方法的图像预处理相关的操作的详细流程图。

图22为用于说明拍摄的图像的预处理结果的图。

图23为用于详细说明关于确定可通过参照图19来理解的水印数据提取方法的水印提取基准点的图像处理相关操作的详细流程图。

图24为用于详细说明可通过参照图19来理解的水印数据提取方法的数据提取相关操作的详细流程图。

图25为用于说明根据本发明的另一实施例，基于图像的拍摄角度来提取互不相同的水印数据的方法的图。

图26为根据本发明的还一实施例的水印数据嵌入装置的块结构图。

图27为根据本发明的又一实施例的水印数据提取装置的块结构图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的多个优选实施例。本发明的优点及特点、以及用于实现它们的方法可参照与附图一同详细进行后述的多个实施例而变得显而易见。然而，本发明不限定于以下所揭示的多个实施例，能够以互不相同的多种形态来实现，这些实施例仅仅为了使本发明的揭示更加完整，为了向本发明所属技术领域的普通技术人员完整地告知发明的范畴而提供，本发明仅仅由发明要求保护范围来进行定义。通过说明书全文相同附图标记指相同结构要素。

若不存在其他定义，则本说明书中所使用的所用术语(包括技术及科学性术语)可被用作对本发明所属技术领域的普通技术人员来说可共同理解的意思。并且通常使用的词典中定义的术语除非未进行明确的特别定义，则不被理想地或夸张地进行解释。在本说明书中使用的术语用于说明多个实施例，而不是为了限制本发明。在本说明书中，除非在文脉中特别提及，单数形式还包括复数形式。

以下，参照附图对本发明的多个实施例进行说明。

简要

图1为用于说明根据本发明一实施例的水印数据的嵌入方法及根据本发明一实施例的水印数据的提取方法被使用的状况的概念图。首先，由在原始图像20中嵌入(embedding)有水印数据10的结果来形成的结果图像30可通过多种通道进行分布。结果图像30可以为例如，名片、附着于产品表面的标签。并且，结果图像30还可打印在箱子等的运输工具外表面。

如图1所示，看到结果图像30很难用肉眼识别是否嵌入有水印数据。不同于以往的条形码、二维码(QR code)等的技术，根据本实施例的水印数据嵌入方法因难以利用肉眼来识别是否嵌入有水印数据，因而具有即使不损伤原始图像，也可载入水印数据的优点。并且，根据一实施例的水印数据的大小为144位(bit)，其中可实际适用的数据为48位，其结果，利用上述水印数据可表示248的情况的数。因此，当在附着于产品表面的标签上适用本技术时，虽然用肉眼看来是相同标签，但为每件产品赋予固有的ID，并且还可实现将其账号利用水印数据来嵌入上述标签。

看到结果图像30很难用肉眼来识别是否嵌入有水印数据，但若利用进行根据本发明的多个实施例的水印数据提取方法的用户终端40，则可从结果图像30提取水印数据10。例如，利用设置于用户终端40的摄像头拍摄结果图像30，对拍摄的结果进行水印数据提取逻辑，从而可提取水印数据10。

水印数据10可具有例如，表1的格式(format)。

表1

4位	48位	92位
			控制参数	主题数据	纠错位元

表1的控制参数(control parameter)可指主题数据的类型。例如，用户终端40提取水印数据10，并识别其中48位的主题数据，可将收纳有上述主题数据及控制参数的内容请求向内容服务器进行传输。内容服务器可存储内容数据库(DB，Database)，上述内容数据库将被赋予固有账号的各个内容按照类型来进行管理。上述内容服务器可向用户终端40提供在匹配于上述主题数据的账号的内容中与上述控制参数相对应的类型的内容。

92位的纠错位元(Error Correction Bit)可包括用于补充水印数据10有可能被错误提取的可能性的纠错码。例如，上述纠错码可以为博斯－乔赫里－霍克文黑姆(BCH，Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)编码。

图2为用于对根据本发明的多个实施例的水印数据的嵌入方法的嵌入有水印数据的图像和原始图像进行比较的图。如图2所示，从肉眼来看，结果图像30与原始图像20并无大的区别。然而，转换为单色的结果图像30a与原始图像的单色版本20a相比噪声明显。这是因为根据本发明一实施例的水印数据以噪声的形态嵌入于原始图像。与此相关地，参照多个附图来进一步详细说明。

水印数据的嵌入

以下，参照图3，从整体上说明根据本发明一实施例的水印数据的嵌入方法。根据本实施例的水印数据的嵌入方法可借助例如，计算机设备来执行。

上述计算机设备加载(load)水印数据(步骤S100)，加载噪声基质图像(步骤S102)。并且，还加载用于装水印数据的原始图像(步骤S106)。噪声基质(noise base)可理解为用于装水印数据的一种数据器皿。噪声基质可以从图像文件加载，还能够以指频域(frequency domain)的二维矩阵的数据的形态进行加载。并且，在一实施例中，还能够以频域的幅度谱及相位谱的形态进行加载。

利用经存储的数据水印数据，上述噪声基质进行转换(步骤S104)，利用转换的噪声基质，来调节原始图像，从而嵌入有水印数据的图像生成并输出(步骤S108、步骤S110).例如，嵌入有上述水印数据的图像以图像文件的形态输出，或借助打印设备在纸张等的打印对象中进行打印。根据一实施例，以涂敷于借助三维(3D)打印机打印出的结果物的外部面的形态来实现上述输出。

参照图4，助于理解根据本实施例的水印数据的嵌入方法。图示出作为二维图像的噪声基质图像50。噪声基质图像50利用水印数据10还图示转换的噪声基质图像60。原始图像20通过利用转换的噪声基质图像60来进行调节(步骤S108)的结果，来生成嵌入有水印数据的结果图像30。

如参照图3至图4来进行的说明，在根据本实施例的嵌入方法中，噪声基质起到核心作用。因此，噪声基质通过对结果图像30的分析既不易泄露，又对几何失真具有鲁棒性，因而应以可提高水印数据的提取的成功率的方式形成。参照图5，对在本发明的多个实施例中所使用的噪声基质来进行说明。

噪声基质在空间域(Spatial Domain)53中以二维图像50的形态表示。如众所周知，空间域通过傅立叶变换转换为频域(Frequency Domain)。在频域中，噪声基质由具有已指定的特定坐标的幅度峰值(magnitude peak)的二维幅度谱51及随机相位(randomphase)谱52来表示。随机相位谱52利用由特定键生成的随机数来形成。

在一实施例中，上述噪声基质仅在属于上述幅度峰值的区域中具有不为0的幅度值，在除了上述幅度峰值以外的区域具有均为0的幅度值的二维幅度谱51。在图5中，以对数刻度图示二维幅度谱51，因此光谱图像的中间意味着低频率，随着向外围扩散意味着高频率。光谱图像的颜色越亮意味着根据其点的坐标的频率的幅度值高。

在一实施例中，上述噪声基质仅在属于上述幅度峰值的区域具有最大幅度值，在除了上述幅度峰值以外的区域具有均为最小幅度值的二维幅度谱51。在本实施例中，使幅度峰值的幅度值与幅度峰值以外的区域的幅度值之差最大化，从而提高了水印数据的提取时的检测是否存在根据本发明的嵌入方法的水印数据的嵌入痕迹的成功率。

在一实施例中，上述噪声基质具有存在多个上述幅度峰值的二维幅度谱51。在这种情况下，上述幅度峰值的数量限定为预先设定的。

通过频域生成的噪声基质根据频率的特征，即使图像一部分被损坏，也可保持同步信号(Synchronization Signal)的特性。因此，在利用智能手机摄像头等来识别水印数据的方面上，通过频域生成的噪声基质可起到能够解决几何失真的线索的功能。即，在水印数据提取过程中，通过频域生成的噪声基质利用上述同步信号与拍摄的图像之间的相似性来提供可修补缩放(Scale)，旋转(Rotation)，位置(Location)等几何失真的线索。

如图6及图7所示，在由表示根据频率的离散性(discreteness)的多个单位频率的水平频率轴51i及同样根据频率的离散性的多个单位频率的垂直频率轴51j形成的平面上，上述幅度峰值可包括多个点。在图6及图7中，图示有8个幅度峰值51a至51h。参照图7，在水平频率轴51i中，幅度峰值51c与3个单位频率51c-1、51c-2、51c-3相对应，在垂直频率轴51j中，幅度峰值51c与3个单位频率51c-4、51c-5、51c-6相对应。

相反地，如图8及图9所示，包括在多个幅度峰值51k至51r的各个幅度峰值以横轴的第一频率及垂直轴的第二频率来表示，上述第一频率及上述第二频率可以为与根据频率的离散性的一个单位频率相对应。如图9所示，幅度峰值51k在水平频率轴51i中与1个单位频率51k-1相对应，在垂直频率轴51j中也与1个单位频率51k-2相对应。在图9中，将幅度谱值利用二维矩阵来表示的结果，还图示有仅一个元素(element)具有不为0的值，其他所有元素具有0的点。这是图示了作为已说明的实施例的，噪声基质仅在属于幅度峰值区域具有最大幅度值(在图9中为'255')，在除了幅度峰值以外的区域均具有最小幅度值(在图9中为'0')的情况。

在本实施例中，用于生成噪声基质的幅度谱上的幅度峰值的坐标不向外部泄露。仅根据反映在原始图像之后的水印数据来转换的噪声基质向外部分布，即使处理已分布的状态的图像，也无法取得如图10中所示的噪声基质的原版。这是因为使噪声基质原版模块化之后，进行根据上述水印数据的转换。因此，根据本实施例的水印数据嵌入方法可防止未经授权的盗用。这是因为仅限于基于已指定的噪声基质原版来进行水印嵌入的情况下，才可进行水印数据的提取。与此相关的在后面详细说明。

噪声基质的图像大小有可能不及原始图像大小。即使那样，当仅在原始图像的特定区域来反映上述噪声基质时，使用人员还应好好对准原始图像的拍摄角度，因此水印数据提取成功率降低。因此，如图10所示，以原始图像的大小为基准，使上述转换的噪声基质图像向水平方向及垂直方向中至少一个方向连接多个，从而在原始图像的最广区域铺设噪声基质，因此使用人员即使拍摄原始图像的一部分，也可进行诱导，使得水印数据的提取成功。在图10中图示有256×256大小的噪声基质50-1、256×256大小的噪声基质50-1向水平方向连接2个及向垂直方向连接2个的噪声基质50-2，256×256大小的噪声基质50-1向水平方向连接4个及向垂直方向连接4个的噪声基质50-3。

随着噪声基质的大小增大，可嵌入噪声基质中水印数据的大小也增大。因此，根据本实施例的数据嵌入方法在可嵌入的数据大小方面上，具有扩展性。

以下，参照图11，进一步详细说明利用水印数据转换噪声基质原版的方法(步骤S104)。

以N×N像素(例如，4×4)的块单元来划分噪声基质图像(步骤S104-1)。优选地，一个块呈向水平方向及垂直方向以偶数的像素形成的正方形形状。例如，一个块可以为4×4的大小。以下，为了便于理解，以4×4大小的块为前提进行说明。

接着，对每个噪声基质图像的块计算出属于块的像素值的平均(M)(步骤S104-2)。在其平均值(M)为阈值(例如，提示白色的像素值和提示黑色的像素值的中间值)以上的情况下(步骤S104-3)，其块的所有像素被单一化为第一颜色(例如，黑色)(步骤S104-4)。在其平均值(M)小于阈值的情况下(步骤S104-3)，其块的所有像素被单一化为第二颜色(例如，白色)(步骤S104-5)。图12图示模块化为以参照图11来说明的噪声基质的模块化操作(步骤S104-1至步骤S104-7)的结果的噪声基质图像55。

在插入数据之前，使噪声基质模块化为4×4的理由为3种。第一，当向黑白的噪声基质内规定地插入144bit时，生成规定图案，当利用上述方式进行模块化，根据噪声基质的颜色进行转换，则可阻止生成图案。当插入有数据的噪声插入原始图像时，对不可见性带来大的影响。

第二，提高水印数据提取过程中的识别率。当以1个像素单位来插入数据时，利用智能手机摄像头识别的本技术的准确性及速度有可能大大降低。由此，进行模块化。

第三，不毁坏向噪声基质插入的同步信号的特性。若未进行模块化工作而插入数据，则噪声基质本身的特性，即，同步信号的特性无法存在。有可能形成为与噪声基质完全不同的黑白图像。通过模块化，起到可使噪声基质本身的特性保持在块中的功能，这样即使数据插入噪声基质整体，也不损坏噪声基质内的同步信号。

接着，参照图13至图16，说明利用水印数据来将模块化的噪声基质图像进行转换的操作。

加载水印数据(步骤S104-8)，随着遍历噪声基质的各个块，进行将水印数据从起始偏移量嵌入2比特的操作。在当前块为白色的情况下(步骤S104-9)，其块的一部分像素转换为黑色(步骤S104-10)。相反地，在当前块为黑色的情况下(步骤S104-9)，其块的一部分像素转换为白色(步骤S104-11)。

以下，对转换块的一部分像素的方面进行进一步详细地说明。根据图14，情况如下，即，若当前需嵌入的2bit为'01'，则当前块55a为白色，模块化的噪声基质图像55的左上端的第一块。图15为可在本发明的多个实施例中参考的噪声基质转换基准。根据本基准，当前块为白色，若需嵌入的2bit为'01'，则当前块的右上端多个(2×2)像素转换为黑色。根据这种基准，当前块55a的右上端多个像素55a-1转换为黑色的结果在图16中图示。

如参照图15至图16可理解，具有相同的像素值的一个块有4个像素组形成。并且，4个像素组中一个以具有与块整体的像素值不同的像素值的方式进行转换。例如，对于白色块，仅1个像素组转换为黑色。因此，对于各块，使像素组的颜色变更为不同于块的颜色的颜色，从而可表示的情况的数量为4种。这是能够以2bit来表示的情况的数。因此，每一个块可嵌入2位。

对于各个块的2位的水印数据嵌入操作随着对噪声基质图像的各个块进行遍历(traverse)进行，直至水印数据均被嵌入为止(步骤S104-13)。噪声基质图像的遍历顺序根据预先定义。根据一例的遍历顺序在图17中图示。为了144位的水印数据的嵌入，在图17中图示有72个4×4块所需的点。当考虑到每一个块可嵌入2位的这一点，即可理解为何需要72个块58。

256×256大小的噪声基质图像包括总4096个块。利用72个块58来将144位的水印数据均嵌入之后，还有剩余的块。为了提高水印数据提取成功率，利用72个块58的水印数据的嵌入向水平及垂直方向进行重复。图18图示了模块化的噪声基质图像55通过反映水印数据而转换的结果60。

重新再回到图3来进行说明，通过利用转换的噪声基质图像来调节原始图像，从而生成嵌入有水印数据的图像(步骤S108)。仅限于上述原始图像的第一像素的R通道值、G通道值及B通道值均超过阈值或均低于阈值的情况下，上述调节包括对上述第一像素的调节。在这种情况下，调节上述原始图像的上述当前像素包括在上述转换的噪声基质图像的第二像素为白色的情况下，对上述第一像素进行第一调节，在上述第二像素为黑色的情况下，对上述第一像素以不同于上述第一调节的规则进行第二调节的步骤。例如，上述第一调节使上述第一像素的R通道值减小，使G通道值增大，使B通道值减小，上述第二调节使上述第一像素的R通道值增大，使G通道值减小，使B通道值增大。

就上述调节而言，使用α、β、γ三种常数的值。上述三种常数的值为在水印数据提取处理中，为了使图像的噪声最大化而进行单色化时所使用的比例。上述α、β、γ三种常数的值可根据图像输出介质来设定为多种。上述图像输出介质可具有纸、塑料、金属等的多种例。例如，在上述图像输出介质为纸的情况下，上述α、β、γ三种常数的值可设定为α1、β1、γ1，在上述图像输出介质为塑料的情况下，上述α、β、γ三种常数的值可设定为α2、β2、γ2。

以(R、G、B＝更新前原版R通道、G通道、B通道各个像素值，R'，G'，B'＝更新后的R通道、G通道、B通道各个像素值)为前提，可考虑一下调节规则。

第一情况：噪声的像素值为0，R、G、B三个通道均大于250时，原始图像的像素值为R'＝R(1-α)，G'＝G(1+β)，B'＝B(1-γ)

第二情况：噪声的像素值为0，R、G、B三个通道均小于250时，原始图像的像素值为R'＝R(1-α)，G'＝G(1+β)，B'＝B(1-γ)

第三情况：噪声的像素值为255，R、G、B三个通道均大于250时，原始图像的像素值为R'＝R(1+α)，G'＝G(1-β)，B'＝B(1+γ)

第四情况：噪声的像素值为255，R、G、B三个通道均小于250时，始图像的像素值为R'＝R(1+α)，G'＝G(1-β)，B'＝B(1+γ)

用于将噪声插入原始图像所使用的α、β、γ三种常数根据原始图像变化。本技术具有以人的肉眼难以识别的特性。为了满足这些，根据噪声需插入的原始图像的像素值，α，β，γ值应变化为多种。

水印数据的提取

以下，参照图19至图24，对本发明的另一实施例中的另一水印数据的提取方法进行说明。根据本实施例的水印数据的提取方法仅可对由上述说明的根据本发明一实施例的水印数据的嵌入方法而嵌入的水印数据适用。首先，参照图19进行说明。

根据本实施例的水印数据的提取方法由接收拍摄图像的提供开始(步骤S200)。

若如现有的数据水印技术，利用插入有水印的数据图像文件在个人计算机上提取水印，准确地将嵌入过程反方向进行，则可提取水印。然而，本发明的技术支持利用智能手机摄像头等移动终端的摄像头来识别水印，因此在提取水印之前，需要许多图像预处理过程。参照图20，智能手机40的用户无需为了提取水印数据而注入特别的注意，而能够拍摄打印有嵌入有水印数据的图像的介质30’。根据本实施例的水印数据提取方法为了在这种情况下也可进行水印数据的提取而开发出。

预处理过程对拍摄在摄像机的照片内需要判断是否存在水印的的物体的位置、大小、旋转与否、亮度、损坏与否等多个变数中也可保持高的识别率。在此过程中，利用嵌入过程中插入的同步信号，来筛选出是否存在水印，将数据以最佳提取的条件转换图像。

在正式执行上述预处理过程之前，可预先进行修补。例如，利用智能手机摄像头来照需要判别是否存在水印的物体时，进入智能手机画面的预览截图为1920×1080的大小。之后，将截图的图像的所有像素值变更为RGB形态。本发明的多个实施例基于RGB来进行操作。

接着，用户利用摄像头照物体时，以物体处于画面的正中央的方式照的可能性非常高，因此为了减少不必要的演算，以1024×1024大小的图像来提取正中央区域。

接着，将提取的正方形的图像以256×256大小缩小。

接着，以256×256大小缩小的图像通过一次复原(Deblur)过程使其变得鲜明。

以上说明的预先修补，可对提供(步骤S200)的拍摄图像进行。

接着，噪声基质图像被加载(步骤S205)，通过利用预先修补之后的拍摄图像和噪声基质的频域上的处理的比较，来确认第一相似度、旋转角度及刻度(步骤S210)。关于本操作，参照图21进行进一步说明。

首先，将拍摄图像转换为频域(步骤S210-1)，生成2D幅度谱的图像(MS 2)(步骤S210-2)。并且，还准备与上述拍摄图像进行比较的噪声基质的2D幅度谱的图像(MS1)(步骤S210-3)。噪声基质的2D幅度谱的图像(MS1)从已存储的噪声基质的图像中生成，或从已存储的数据中单纯查询的。

接着，对噪声基质的2D幅度谱的图像(MS1)、拍摄图像的2D幅度谱的图像(MS2)进行数极坐标(LogPolar)转换(步骤S210-5)。数极坐标转换可使二维旋转和大小变换具有不变的特性，通过使用数极坐标转换，从而在旋转及大小方面上可取得值得信赖的修补拍摄图像的缺陷的效果。

接着，将利用数极坐标转换结果制作而成的图像分别转换为频域(步骤S210-5)，乘以向频域的转换结果之后(步骤S210-6)，分为对拍摄图像的频域的转换结果(f_LP2)的幅度矩阵，来生成第一结果矩阵(步骤S210-7)。第一结果矩阵可理解为在拍摄图像内噪声基质包括多少的提示器比例的矩阵。并且，第一结果矩阵还可理解为提示上述拍摄图像和上述噪声基质的图像之间的相似度的矩阵。

接着，通过将第一结果矩阵转换为空间域，来生成第一参考图像(步骤S210-8)。利用上述第一参考图像，来演算第一相似度(步骤S210-9)。第一相似度为上述第一参考图像的多个像素值中的最大值。并且，旋转角度为像素值为最大值的像素的X坐标，刻度为上述像素的Y坐标(步骤S210-9)。

重新参照图19进行说明。若上述第一相似度未达到标准值，则视为未嵌入有水印数据的图像，而回到初始操作(步骤S220)。若上述第一相似度为标准值以上，则利用求得的旋转角度、刻度来进行对拍摄图像的预处理(步骤S230)。其结果，参照图22即可理解。上述预处理的结果，拍摄的图像的方向(orientat ion)被整合，以符合与噪声基质之间的比较的方式进行调节。

重新参照图19进行说明。

在频域对调节之后的拍摄图像进行处理，进行用于确定水印提取基准点的操作。首先，在频域对经预处理的拍摄图像(修改图像)和噪声基质图像进行处理，将提示其处理结果的第二结果矩阵转换为空间域，并生成第二参考图像(步骤S240)。

参照图23，说明第二参考图像的生成操作(步骤S240)。第二参考图像的生成操作与上述第一参考图像的生成操作相比，除了不进行数极坐标转换的这一点之外是相似的。向修改图像的频域的转换(f2)(步骤S240-1)，查询或生成作为噪声基质的频率的域矩阵(f1)(步骤S240-2)，生成将f1和f2相乘的矩阵R'(步骤S240-3)，利用f2的幅度矩阵除以R'，来形成第二结果矩阵(步骤S240-4)，通过将上述第二结果矩阵转换为空间域，来生成第二参考图像(步骤S240-5)。上述第二结果矩阵可理解为修改图像内包括多少噪声基质，提示其比例的矩阵。

对第二参考图像分析时，可取得对于修改图像和噪声基质图像的相似度及修改图像内的噪声基质位置的信息。第二参考图像的像素值之中的具有最大像素值的标准像素的坐标为作为水印数据提取位置的基准点，上述标准像素的像素值为第二相似度(步骤S250)。当上述第二相似度未达到标准时，视为水印数据不存在，重新返回水印数据提取初始操作(步骤S260)。

接着，以水印数据提取基准点为标准，来提取水印数据(步骤S270)。参照图24进行说明。首先使修改图像单色化(步骤S270-1)。在这种情况下，相同地使用用于将噪声插入原始图像的α、β、γ三种常数。其结果，修改图像内的噪声表示有可能被最大化。

并且，经单色化的修改图像以2×2像素单位求出像素值的平均，并且使其平均值与标准值相比较，利用2×2像素单位，将所有像素一元化为白色或黑色中的一种(步骤S270-2)。接着，参照以4×4像素单位模块化的噪声基质图像，随着对经单色化的修改图像按各个4×4块进行遍历，提取水印数据(步骤S270-3)。每块提取2位的操作可理解为参照图14至图16进行说明的嵌入过程的反向。并且，使对各个块进行遍历的顺序与嵌入过程的块遍历顺序相同。

通过连接(concatenation)上述提取的数据，生成整个水印数据。

至此说明的根据本发明的实施例的多个方法可通过由计算机可读取的编码实现的计算机程序的执行来进行。上述计算机程序通过互联网等的网络，从第一计算机设备向第二计算机设备传输，并且设置于上述第二计算机设备，由此可在上述第二计算机设备上利用。上述第一计算机设备及上述第二计算机设备均包括服务器装置、用于云服务的属于服务器池的物理服务器、台式计算机等的固定式计算机设备。

上述计算机程序还可以为存储于数字只读光盘存储器(DVD-ROM，Digital VideoDisc-Read Only Memory)、闪存设备等的记录介质的。

如图25所示，根据本发明的实施例的水印数据的嵌入及提取方法还可沿着瞭望的方向，以转换为识别互不相同的噪声的形态来实施。

以下，参照图26，说每个本发明的其他实施例、其他数据嵌入装置的结构及操作。如图26所示，根据本实施例的数据嵌入装置300包括存储器(RAM，Random Access Memory)330、执行加载于存储器330的数据嵌入软件操作的图像处理320及存储器340。在一实施例中，嵌入装置300还可包括图像传感器310、网络接口370、系统总线350及打印机接口360。

存储器340用于存储将参照图1至图18来进行说明的数据嵌入方法以软件形态来体现的数据嵌入软件的执行文件(二进制文件)342。数据嵌入软件的执行文件342可通过总线350来加载于存储器330。在图26中图示有加载于存储器330的数据嵌入软件的操作332。

存储器340还可存储噪声基质数据341。在一实施例中，存储器340存储噪声基质数据341，并且以加密的形态存储，可防止向外部泄露噪声基质原版。在一实施例中，存储器340在数据嵌入软件执行文件内以资源(resource)的形态包括噪声基质数据，并可防止向外部泄露噪声基质原版。

数据嵌入装置300通过网络接口370将水印数据从外部设备进行接收，或通过键盘、鼠标等输入部(未图示)直接从用户接收输入，或可读取(read)存储于存储器340的水印数据(未图示)。数据嵌入装置300从拍摄对象物体的图像传感器310取得将作为嵌入上述水印数据的对象的原始图像，或通过网络接口370从外部设备接收，或可读取存储于存储器340的水印数据(未图示)。

通过网络接口370，数据嵌入装置300将上述水印数据及上述原始图像向数据嵌入软件进行输入来计算出的结果物图像向外部设备传输，或在显示装置(未图示)中显示，或可通过由打印机接口360来进行连接的打印设备进行打印。

根据本实施例的数据嵌入装置300可以为例如，计算机设备、打印设备。在数据嵌入装置300为打印设备的情况下，数据嵌入装置300可包括用于代替打印机接口360来执行打印功能的多个结构要素。

以下，参照图27，对根据本发明的另一实施例的数据解码设备的结构及操作进行说明。在本说明书中，水印数据的解码与水印数据的提取实质上是指相同操作。如图27所示，根据本实施例的数据解码设备400包括存储器(RAM)430、用于执行加载于430的数据解码软件操作的图像处理420及存储器440。在一实施例中，解码设备400还可包括图像传感器410、网络接口470、系统总线350及水印数据解析处理460。

存储器440用于存储将参照图1至图18来进行说明的数据提取方法以软件形态体现的数据解码软件的执行文件(二进制文件)442。数据解码软件的执行文件442可通过总线450加载于存储器430。在图27中图示有加载于存储器430的数据解码软件的操作432。

存储器440还可存储噪声基质数据441。在一实施例中，存储器440存储噪声基质数据441，可通过以加密的形态存储，或在数据嵌入软件执行文件内以资源(resource)的形态来包括噪声基质数据，来防止向外部泄露噪声基质原版。

数据解码设备400可取得从用于拍摄打印有嵌入有水印数据的图像的对象物体的图像传感器410取得拍摄图像的数据，或通过网络接口470，向外部装置进行接收，或存储于存储器440的拍摄图像的数据。上述接收拍摄图像的数据通过系统总线450来加载于存储器430，并且执行数据嵌入软件操作432时被参照。

数据解码设备400将作为数据嵌入软件操作432的执行结果来提取的水印显示于显示器(未图示)，或通过网络接口470来向外部装置传输，或可存储于存储器440。

在一实施例中，数据解码设备400可包括用于进行利用上述提取的水印数据的处理的水印数据解析处理460。例如，提取上述水印数据的主题数据(参照表1)，将收纳有上述主题数据及控制参数(参照表1)的内容请求可通过网络接口470来向内容服务器(未图示)进行传输。数据解码设备400的显示装置(未图示)可显示从上述内容服务器接收的作为对上述内容请求的响应的内容。

根据本实施例的数据解码设备400可以为具备有例如，摄像头的便携式终端。

以上，参照附图说明了本发明的多个实施例，但可以理解的是，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不变更本发明的其技术思想或必要特征的情况下，能够以其他具体形态来实施。因此，应该理解的是，在以上所叙述的多个实施例在所有方面上为示例性的，而并不是限定性的。

Claims (19)

1.一种数据嵌入方法，其在原始图像中嵌入水印数据，其特征在于，

包括：

利用上述水印数据，对噪声基质图像进行转换的步骤；以及

利用上述转换的噪声基质图像来调节上述原始图像的步骤，

上述噪声基质图像由具有在频域中已指定的特定坐标的幅度峰值的二维幅度谱及随机相位来表示；

利用上述转换的噪声基质图像来转换上述原始图像的步骤包括：以上述原始图像的大小为基准，向水平方向及垂直方向中的至少一个方向，连接多个上述转换的噪声基质图像的步骤；针对上述原始图像的第一像素的R通道值、G通道值及B通道值均超过阈值或均低于阈值的情况，调节上述第一像素的步骤，调节上述原始图像的上述第一像素的步骤包括：在上述转换的噪声基质图像的第二像素为白色的情况下，对上述第一像素进行第一调节，在上述第二像素为黑色的情况下，以不同于上述第一调节的规则，对上述第一像素进行第二调节的步骤，上述第一像素和上述第二像素以图像内位置基准来相对应；

利用上述水印数据，对上述噪声基质图像进行转换的步骤包括：以具有M×M像素的块单元形成上述噪声基质图像的步骤；按照各个上述块，使属于块的所有像素一元化为白色或黑色中的一种的步骤；以及在遍历各个上述块时，向各个上述块中反映每2比特的上述水印数据的步骤；

在遍历各个上述块时，向各个上述块中反映每2比特的上述水印数据的步骤包括：在当前块为白色的情况下，根据作为反映对象的2比特的值，使属于当前块的一部分像素转换为黑色，在当前块为黑色的情况下，根据作为反映对象的2比特的值，使属于当前块的一部分像素转换为白色的步骤。

2.根据权利要求1所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述噪声基质图像在频域中以多个幅度峰值及随机相位来表示，

上述多个幅度峰值分别由形成于已指定的坐标的多个幅度峰值形成。

3.根据权利要求2所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述多个幅度峰值由特定数量的上述多个幅度峰值形成。

4.根据权利要求2所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述频域通过对上述噪声基质图像进行离散傅里叶变换的结果来进行建立，

包括于上述多个幅度峰值的各个幅度峰值由横轴的第一频率及垂直轴的第二频率来表示，上述第一频率及上述第二频率与根据频率的离散性的一个单位频率相对应。

5.根据权利要求1所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述幅度峰值的幅度值为第一值，

上述噪声基质图像具有幅度谱，上述幅度谱在频域中除了上述幅度峰值的所有区域的幅度值具有不同于上述第一值的第二值。

6.根据权利要求5所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述第一值为最大幅度值，上述第二值为最小幅度值。

7.根据权利要求1所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述随机相位利用固定的键值来生成。

8.根据权利要求1所述的数据嵌入方法，其特征在于，

各个上述块由包括左上端N×N像素的第一像素组、包括右上端N×N像素的第二像素组、包括左下端N×N像素的第三像素组及包括右下端N×N像素的第四像素组形成，其中，N＝M/2；

在当前块为白色的情况下，根据作为反映对象的2比特的值，使属于当前块的一部分像素转换为黑色，在当前块为黑色的情况下，根据作为反映对象的2比特的值，使属于当前块的一部分像素转换为白色的步骤包括：

在当前块为白色的情况下，根据作为反映对象的2比特的值，使属于当前块的上述第一像素组、上述第二像素组、上述第三像素组及上述第四像素组中的一种转换为黑色，在当前块为黑色的情况下，根据作为反映对象的2比特的值，使属于当前块的上述第一像素组、上述第二像素组、上述第三像素组及上述第四像素组中的一种转换为白色的步骤。

9.根据权利要求8所述的数据嵌入方法，其特征在于，

上述第一调节使上述第一像素的R通道值减小，使G通道值增加，使B通道值减小，

上述第二调节使上述第一像素的R通道值增加，使G通道值减小，使B通道值增加。

10.根据权利要求1所述的数据嵌入方法，其特征在于，上述水印数据的提取步骤包括：

通过执行将拍摄图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述拍摄图像的二维的第二结果矩阵的步骤；

通过使上述第二结果矩阵转换为空间域，来生成第二参考图像的步骤；

利用上述第二参考图像，在上述拍摄图像中确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤；以及

参照上述噪声基质图像，从上述拍摄图像的基准点中提取上述水印数据的步骤。

11.根据权利要求10所述的数据嵌入方法，其特征在于，

在生成上述第二结果矩阵的步骤之前，还包括从上述拍摄图像中生成修改图像的步骤，

生成上述二维的第二结果矩阵的步骤包括通过执行将上述修改图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述修改图像的上述第二结果矩阵的步骤，

确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤包括在上述修改图像中确定上述基准点的步骤，

提取上述水印数据的步骤包括从上述修改图像的基准点中提取上述水印数据的步骤，

从上述拍摄图像中生成修改图像的步骤包括：

通过对上述噪声基质图像及上述拍摄图像进行数极坐标转换，来计算相对于上述拍摄图像的上述噪声基质图像的刻度及旋转角度的步骤；以及

通过反映上述刻度及上述旋转角度，来从上述拍摄图像中生成上述修改图像的步骤。

12.根据权利要求11所述的数据嵌入方法，其特征在于，

计算相对于上述拍摄图像的上述噪声基质图像的刻度及旋转角度的步骤包括：

将上述拍摄图像转换为频域的步骤；

生成已转换为上述频域的上述拍摄图像的2D幅度谱图像MS2的步骤；

查询或生成上述噪声基质的2D幅度谱图像MS1的步骤；

通过对上述图像MS1进行数极坐标转换，来生成其结果图像LP1的步骤；

通过对上述图像MS2进行数极坐标转换，来生成其结果图像LP2的步骤；

通过将上述图像LP1转换为频域，来生成频率矩阵f_LP1的步骤；

通过将上述图像LP2转换为频域，来生成频率矩阵f_LP2的步骤；

通过使上述频率矩阵f_LP1及上述频率矩阵f_LP2相乘之后，除以上述频率矩阵f_LP2的幅度矩阵MM2，来生成第一结果矩阵的步骤；

通过将上述结果矩阵转换为空间域，来生成第一参考图像的步骤；以及

利用上述第一参考图像，计算相对于上述拍摄图像的上述噪声基质图像的刻度及旋转量的步骤。

13.根据权利要求12所述的数据嵌入方法，其特征在于，

利用上述第一参考图像，计算相对于上述拍摄图像的上述噪声基质图像的刻度及旋转量的步骤包括：

在多个上述第一参考图像的像素值中选择具有最大值的参考像素的步骤；

将上述参考像素的X坐标确定为上述旋转角度的步骤；以及

将上述参考像素的Y坐标确定为上述刻度的步骤。

14.根据权利要求12所述的数据嵌入方法，其特征在于，

利用上述第一参考图像，计算相对于上述拍摄图像的上述噪声基质图像的刻度及旋转量的步骤包括：

在多个上述第一参考图像的像素值中，将最大值确定为第一相似度的步骤；以及

在上述第一相似度低于阈值的情况下，停止数据提取的步骤。

15.根据权利要求12所述的数据嵌入方法，其特征在于，

将上述拍摄图像转换为频域的步骤包括：

通过对上述拍摄图像进行单色化，使内在于上述拍摄图像的噪声的表达最大化的步骤；以及

将上述单色化的拍摄图像转换为频域的步骤。

16.根据权利要求10所述的数据嵌入方法，其特征在于，

在生成上述第二结果矩阵的步骤之前，还包括从上述拍摄图像中生成修改图像，对上述修改图像进行单色化，使内在于上述修改图像的噪声的表达最大化的步骤，

生成上述二维的第二结果矩阵的步骤包括通过执行将上述单色化的修改图像与噪声基质进行比较的频域的处理，生成提示上述噪声基质是否包括在上述修改图像的上述第二结果矩阵的步骤，

确定上述水印数据的提取位置的步骤包括在上述单色化的修改图像确定作为上述水印数据的提取位置的基准点的步骤，

提取上述水印数据的步骤包括从上述单色化的修改图像中提取上述水印数据的步骤。

17.根据权利要求16所述的数据嵌入方法，其特征在于，

生成提示上述噪声基质是否包括在上述单色化的修改图像的二维的第二结果矩阵的步骤包括：

生成或查询用于提示频域的上述噪声基质的二维的第一矩阵的步骤；

生成提示频域的上述单色化的修改图像的二维的第二矩阵的步骤；

通过使上述第一矩阵和上述第二矩阵相乘之后，除以上述频域的上述修改图像的幅度矩阵，来生成上述第二结果矩阵的步骤。

18.根据权利要求16所述的数据嵌入方法，其特征在于，

从上述单色化的修改图像中提取上述水印数据的步骤包括：

使上述单色化的修改图像模块化为由M×M像素形成的块单元，以上述基准点为基准来进行模块化的步骤；

针对上述单色化的修改图像的各个块，使属于由N×N像素形成的部分块的所有像素一元化为白色或黑色中的一种的步骤，其中，N＝M/2；

参照模块化为由M×M像素形成的块单元的噪声基质，遍历上述单色化的修改图像的各个块，每个上述各个块提取2比特的数据的步骤；以及

通过连接上述提取的数据来形成上述水印数据的步骤。

19.根据权利要求10所述的数据嵌入方法，其特征在于，上述噪声基质图像由具有在频域中已指定的特定坐标的幅度峰值的二维幅度谱及随机相位来表示。

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