CN110782381A - 一种窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法 - Google Patents

一种窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法，包括以下步骤，(1)准备打印设备及承印物，制成打印设备的ICC特性文件；(2)准备宿主图像A1和水印B1，打印设备的ICC特性文件作为配置文件转换宿主图像A1的颜色模式，获得宿主图像A2；(3)水印B1制成计算全息图B2并嵌入宿主图像A2中，生成已嵌水印图像C1；(4)打印出已嵌水印图像C1，获得打印稿；(5)扫描打印稿获得扫描图像C2；(6)对扫描图像C2进行处理，获得含有水印的图像C3；(7)从图像C3中提取生成水印B3，鉴别水印B3真伪。通过制作打印设备及承印物的ICC特性文件确定窄色域后嵌入水印，降低了打印扫描过程中颜色模式转换对水印的攻击，提高水印的鲁棒性和安全性。

Description

一种窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法
技术领域
本发明属于数字水印技术领域，尤其是涉及一种窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法。
背景技术
数字水印，通过引入人眼不能察觉，但是计算机程序可以重新读取的数据，嵌入到宿主图像。嵌入的数据位置由密钥决定，可用于数字版权保护，例如播出监控、鉴定、证明所有权、交易跟踪、内容认证、拷贝控制、设备控制等领域。
随着数字水印技术的日趋成熟，学者们对水印应用的研究也从数字版权保护转移到了防伪印刷领域，例如书籍防伪、票据防伪及包装防伪。数字水印技术在印刷防伪领域的应用必然包括了印刷、扫描两个步骤，在数字条件下嵌入水印，经过印刷而获得印刷品，扫描印刷品再次获得印刷品的数字图像，最后在印刷品的数字图像中提取水印，从而鉴别印刷品的真伪，达到防伪的目的，在这一过程中，数字图像大多采用的是RGB颜色模式，遵循色光加色法，印刷品呈色是通过油墨反射光线，采用CMYK颜色模式，遵循色料减色法。两种不同的颜色模式的色域不同，在由数字图像到印刷品，再由印刷品到数字图像的转换过程中，造成颜色和水印信息的损失，并且，即使是同一颜色模式，不同设备能表现的色域也不尽相同，也会影响颜色与水印信息。
现有的水印制作方法中，大多在RGB、CMYK或Lab的颜色模式中直接嵌入水印，没有考虑到不同设备表现的色域差异，因此，亟需一种能够解决上述问题的水印制作方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种充分考虑不同设备表现色彩能力的差异、降低打印扫描中颜色模式转换对水印的攻击、水印鲁棒性及安全性高的窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法，包括以下步骤：
(1)准备打印设备及承印物，并制作生成所述打印设备的ICC特性文件；
在所述步骤(1)中，制作生成ICC特性文件包括：
(1-1)选择色标文件；
(1-2)使用所述打印设备在承印物上打印选择的所述色标文件，获得色标文件的打印稿；
(1-3)扫描步骤(1-2)获得的打印稿，在扫描时对参数进行设定，其中，具体参数如下：“Profile Size”为“Large”，“Perceptual Rendering Intent”为“Paper-coloredGray”，“Gamut Mapping”为“LOGO Classic”，“Viewing Light Source”为“D50”，从而获得处理后的ICC特性文件；
(2)准备预定尺寸比例的宿主图像A1和水印B1，打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将宿主图像A1的颜色模式转换，获得宿主图像A2；
在上述技术方案中，在所述步骤(2)中的宿主图像A1采用RGB颜色模式，以打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将宿主图像A1由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式。
在上述技术方案中，在所述步骤(2)中的水印B1采用二值图像，水印B1为正四边形。
(3-1)对宿主图像A2进行分层，分为C、M、Y、K四层，对其中C层进行两层小波分解，一层小波分解后取其低频子带，对该低频子带进行二次小波分解后取其对角高频子带，获得宿主图像A2的中频子带，取该中频系数记为A214；
(3-2)将水印B1制成计算全息图B2，对该计算全息图B2进行一层小波分解，取其对角高频并记为对角高频B24；
(3-3)所述步骤(3-2)的对角高频B24代换嵌入至所述中频系数值A214，得到修改后的C层的水印嵌入后的中频系数值A2142，嵌入方程如下：
M'(i,j)＝αm'(i,j)
其中，M'(i,j)为水印嵌入后的中频系数值A2142；α为强度因子；
m'(i,j)为计算全息图B2进行一层小波分解的对角高频B24；
(3-4)将所述步骤(3-3)的修改后的C层与所述步骤(3-1)中的M、Y、K层合并，获得嵌入水印的已嵌水印图像C1。
在上述技术方案中，α＝0.5～2.5。
(4)使用打印设备，打印出已嵌水印图像C1，获得打印稿；
(5)扫描所述步骤(4)得到的打印稿，获得扫描图像C2；
在上述技术方案中，所述扫描图像C2为RGB颜色模式，存储格式为TIFF。
(6)以所述打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将所述步骤(5)得到的扫描图像C2的颜色模式转换为CMYK，获得含有水印的图像C3；
(7)应用与嵌入算法相对应的提取算法，从所述步骤(6)得到的图像C3中提取生成水印B3，由此生成的水印B3与标准数字水印匹配对比，完成水印B3的鉴别。
在上述技术方案中，在所述步骤(7)中，应用与嵌入算法相对应的提取算法是指采用嵌入算法的逆运算。
在上述技术方案中，所述步骤(2)中水印B1与宿主图像A1之间的尺寸比例为1:8，所述水印B1、水印B3为正方形。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.考虑到不同设备表现色彩能力的差异，通过以打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将宿主图像由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式后嵌入水印，实现了在适合打印设备及承印物的窄色域中嵌入水印，降低了打印扫描过程中颜色模式转换对水印的攻击，有效提高水印的鲁棒性和安全性。
2.水印可以嵌入到多种尺寸的宿主图形中，提高水印算法的适用性及实用性。
3.本发明将水印信息制成全息图，提高了水印信息抗剪切的鲁棒性。
附图说明
图1是实施例1中色标文件；
图2是实施例1中宿主图像A1；
图3是实施例1中水印B1；
图4是实施例1中宿主图像A2；
图5是实施例1中计算全息图B2；
图6是实施例1中已嵌水印图像C1；
图7是实施例1中扫描图像C2；
图8是实施例1中提取的水印B3；
图9是实施例2中宿主图像A1；
图10是实施例2中水印B1；
图11是实施例2中宿主图像A2；
图12是实施例2中计算全息图B2；
图13是实施例2中已嵌水印图像C1；
图14是实施例2中扫描图像C2；
图15是实施例2中提取的水印B3。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1-图8所示，本发明的窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法，包括以下步骤：
(1)准备打印设备(柯尼卡美能达C6501)及承印物(128克重铜版纸)，并制作生成上述打印设备的ICC特性文件；
(1-1)选择色标文件(如图1)，本实施例中选择的色标文件为“IT8.7-3CMYK ISis(A4)”颜色标准文件；
(1-2)使用打印设备(柯尼卡美能达C6501打印机)在承印物128克重铜版纸上打印“IT8.7-3CMYK ISis(A4)”颜色标准文件，获得色标文件的打印稿；
(1-3)使用Profile Maker Professional 5.0.10软件与Eye-One iSis设备扫描色标文件的打印稿，生成ICC特性文件，本实施例以Profile Maker Professional 5.0.10与Eye-One iSis设备为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定制作ICC特性文件的软件；
其中涉及的具体参数如下：“Profile Size”为“Large”，“Perceptual RenderingIntent”为“Paper-colored Gray”，“Gamut Mapping”为“LOGO Classic”，“Viewing LightSource”为“D50”；
(2)准备宿主图像A1(采用RGB颜色模式、尺寸为512像素*512像素、如图2)和水印B1(采用二值图像、尺寸为64像素*64像素、如图3)，其中，水印B1与宿主图像A1的尺寸比例为1:8，启用Photoshop软件，使用上述(1)中生成的ICC特性文件作为配置文件，选择编辑菜单栏下“转换为配置文件”，将宿主图像A1由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式，获得宿主图像A2(如图4)；
(3)将水印B1制成计算全息图B2(如图5)，并以代换方式将计算全息图B2嵌入宿主图像A2中，生成已嵌水印图像C1(如图6所示)；
(3-1)对宿主图像A2进行分层，分为C、M、Y、K四层，对其中C层进行两层Haar小波运算，一层小波分解后取其低频子带，对该低频子带进行二次小波分解后取其对角高频子带，即获得宿主图像A2的中频子带，取该中频系数记为A214，本发明的实施例以Haar小波运算为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定小波分解的类别；
(3-2)对计算全息图B2进行一层小波分解，取其对角高频并记为对角高频B24；
(3-3)将上述对角高频B24代换嵌入至上述中频系数A214，得到修改后的C层的水印嵌入后的中频系数值A2142；嵌入方程如下：
M'(i,j)＝αm'(i,j)
其中，M'(i,j)为水印嵌入后的中频系数值A2142,
α为强度因子,α＝0.5～2.5，本实施例中选取强度因子＝1.5，
m'(i,j)为计算全息图B2进行一层小波分解的对角高频B24；
(3-4)将所述步骤(3-3)的修改后的C层与所述步骤(3-1)中的M、Y、K层合并，获得嵌入水印的已嵌水印图像C1。
进一步地说，本实施例中采用博奇编码的傅里叶全息图，本发明的实施例以博奇编码的傅里叶全息图为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定全息图的类别。(本实施例中全息图制作过程如参考文献CN 103956173A)。
进一步地说，进行Haar小波运算见参考文献：CN 103956173A。
在嵌入水印后，采用峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)评价已嵌水印图像的保真度，其PSNR值为29.72dB，大于25dB，说明保真度在可接受范围内。[1]AlainTrémeau,Damien Muselet.Recent Trends in Color Image Watermarking[J].Journalof Imaging Science and Technology,2009,53(1):1-15.
(4)使用打印设备，打印已嵌水印图像C1，获得打印稿；
(5)使用扫描仪(中晶9800XL plus)，扫描上述步骤(4)中打印稿，获得扫描图像C2(如图7所示)，其中扫描仪选择分辨率为300ppi，RGB颜色模式，存储为TIFF格式文件；
(6)通过Photoshop软件打开扫描图像C2，并对扫描图像C2进行处理，选择编辑菜单栏下转换为配置文件，以打印设备的ICC特性文件作为配置文件将扫描图像C2由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式，获得含有水印的图像C3；
(7)应用与嵌入算法相对应的提取算法(提取算法是指嵌入算法的逆运算)，从所述步骤(6)得到的图像C3中提取生成水印B3(如图8所示)，由此生成的水印B3与水印B1匹配对比，完成水印B3的鉴别。
需要鉴别水印时，由图像C3中提取水印，如图8所示，鉴别图像为真。
进一步地说，承印物与ICC特性文件相匹配，本实施例中承印物采用128克重铜版纸为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定承印物的种类。
实施例2
如图1及图9-图15所示，本发明的窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法，包括以下步骤：
(1)准备打印设备(SHARP MX-5111N打印机)及承印物(70克重胶版纸)，并制作生成上述打印设备的ICC特性文件；
(1-1)选择色标文件(如图1所示)，本实施例中选择的色标文件为“IT8.7-3CMYKISis(A4)”颜色标准文件；
(1-2)使用打印设备(SHARP MX-5111N打印机)在承印物70克重胶版纸上打印“IT8.7-3CMYK ISis(A4)”颜色标准文件，获得色标文件的打印稿；
(1-3)使用Profile Maker Professional 5.0.10软件与Eye-One iSis设备扫描色标文件的打印稿，生成ICC特性文件，本实施例以Profile Maker Professional 5.0.10与Eye-One iSis设备为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定制作ICC特性文件的软件；
其中涉及的具体参数如下：“Profile Size”为“Large”，“Perceptual RenderingIntent”为“Paper-colored Gray”，“Gamut Mapping”为“LOGO Classic”，“Viewing LightSource”为“D50”；
(2)准备宿主图像A1(采用RGB颜色模式、尺寸为1024像素*1024像素、如图9)和水印B1(采用二值图像、尺寸为128像素*128像素、如图10)，其中，水印B1与宿主图像A1的尺寸比例为1:8，启用Photoshop软件，使用上述(1)中生成的ICC特性文件作为配置文件，选择编辑菜单栏下“转换为配置文件”，将宿主图像A1由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式，获得宿主图像A2(如图11)；
(3)将水印B1制成计算全息图B2(如图12)，并以代换方式将计算全息图B2嵌入宿主图像A2中，生成已嵌水印图像C1(如图13所示)；
(3-1)对宿主图像A2进行分层，分为C、M、Y、K四层，对其中C层进行两层Haar小波运算，一层小波分解后取其低频子带，对该低频子带进行二次小波分解后取其对角高频子带，即获得宿主图像A2的中频子带，取该中频系数记为A214，本发明的实施例以Haar小波运算为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定小波分解的类别；
(3-2)对计算全息图B2进行一层小波分解，取其对角高频并记为对角高频B24；
(3-3)将上述对角高频B24代换嵌入至上述中频系数A214，得到修改后的C层的水印嵌入后的中频系数值A2142；嵌入方程如下：
M'(i,j)＝αm'(i,j)
其中，M'(i,j)为水印嵌入后的中频系数值A2142,
α为强度因子,α＝0.5～2.5，本实施例中选取强度因子＝1.2，
m'(i,j)为计算全息图B2进行一层小波分解的对角高频B24；
(3-4)将所述步骤(3-3)的修改后的C层与所述步骤(3-1)中的M、Y、K层合并，获得嵌入水印的已嵌水印图像C1。
进一步地说，本实施例中采用博奇编码的傅里叶全息图，本发明的实施例以博奇编码的傅里叶全息图为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定全息图的类别。(本实施例中全息图制作过程如参考文献CN 103956173A)。
进一步地说，进行Haar小波运算见参考文献：CN 103956173A。
在嵌入水印后，采用峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)评价已嵌水印图像的保真度，其PSNR值为32.28dB，大于25dB，说明保真度在可接受范围内。[1]AlainTrémeau,Damien Muselet.Recent Trends in Color Image Watermarking[J].Journalof Imaging Science and Technology,2009,53(1):1-15.
(4)使用打印设备，打印已嵌水印图像C1，获得打印稿；
(5)使用扫描仪(中晶9800XL plus)，扫描上述步骤(4)中打印稿，获得扫描图像C2(如图14所示)，其中扫描仪选择分辨率为300ppi，RGB颜色模式，存储为TIFF格式文件；
(6)通过Photoshop软件打开扫描图像C2，并对扫描图像C2进行处理，选择编辑菜单栏下转换为配置文件，以打印设备的ICC特性文件作为配置文件将扫描图像C2由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式，获得含有水印的图像C3；
(7)应用与嵌入算法相对应的提取算法(提取算法是指嵌入算法的逆运算)，从所述步骤(6)得到的图像C3中提取生成水印B3(如图15所示)，由此生成的水印B3与水印B1匹配对比，完成水印B3的鉴别。
需要鉴别水印时，由图像C3中提取水印，如图15所示，鉴别图像为真。
进一步地说，承印物与ICC特性文件相匹配，本实施例中承印物采用70克重胶版纸为例进行说明，但在本发明的技术方案中并不限定承印物的种类。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种窄色域抗打印扫描的数字水印制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)准备打印设备及承印物，并制作生成所述打印设备的ICC特性文件；
(2)准备预定尺寸比例的宿主图像A1和水印B1，打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将宿主图像A1的颜色模式转换，获得宿主图像A2；
(3)将水印B1制成计算全息图B2，以代换方式将计算全息图B2嵌入宿主图像A2中，生成已嵌水印图像C1；
(4)使用打印设备，打印出已嵌水印图像C1，获得打印稿；
(5)扫描所述步骤(4)得到的打印稿，获得扫描图像C2；
(6)以所述打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将所述步骤(5)得到的扫描图像C2的颜色模式转换，获得含有水印的图像C3；
(7)应用与嵌入算法相对应的提取算法，从所述步骤(6)得到的图像C3中提取生成水印B3，由此生成的水印B3与标准数字水印匹配对比，完成水印B3的鉴别。
2.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，包括以下步骤：
(1-1)选择色标文件；
(1-2)使用所述打印设备在承印物上打印选择的所述色标文件，获得色标文件的打印稿；
(1-3)扫描步骤(1-2)获得的打印稿，处理生成ICC特性文件，其中处理时需要设定参数，具体参数为：“Profile Size”为“Large”，“Perceptual Rendering Intent”为“Paper-colored Gray”，“Gamut Mapping”为“LOGO Classic”，“Viewing Light Source”为“D50”。
3.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于：在所述步骤(2)中的宿主图像A1采用RGB颜色模式，以打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将宿主图像A1由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式。
4.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于：在所述步骤(2)中的水印B1采用二值图像。
5.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，代换方式具体如下：
(3-1)对宿主图像A2进行分层，分为C、M、Y、K四层，对其中C层进行两层小波分解，一层小波分解后取其低频子带，对该低频子带进行二次小波分解后取其对角高频子带，获得宿主图像A2的中频子带，取该中频系数记为A214；
(3-2)将水印B1制成计算全息图B2，对该计算全息图B2进行一层小波分解，取其对角高频并记为对角高频B24；
(3-3)所述步骤(3-2)的对角高频B24代换嵌入至所述中频系数值A214，得到修改后的C层的水印嵌入后的中频系数值A2142，嵌入方程如下：
M'(i,j)＝αm'(i,j)
其中，M'(i,j)为水印嵌入后的中频系数值A2142；α为强度因子；
m'(i,j)为计算全息图B2进行一层小波分解的对角高频B24；
(3-4)将所述步骤(3-3)的修改后的C层与所述步骤(3-1)中的M、Y、K层合并，获得嵌入水印的已嵌水印图像C1。
6.根据权利要求5所述的数字水印制作方法，其特征在于：所述步骤(3-3)中，α＝0.5～2.5。
7.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于：在所述步骤(5)中，所述扫描图像C2为RGB颜色模式，存储格式为TIFF。
8.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，以打印设备的ICC特性文件作为配置文件，将扫描图像C2由RGB颜色模式转为CMYK颜色模式。
9.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于：在所述步骤(7)中，应用与嵌入算法相对应的提取算法是指采用嵌入算法的逆运算。
10.根据权利要求1所述的数字水印制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中水印B1与宿主图像A1之间的尺寸比例为1:8。
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