CN113361673A - 一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，该方法首先生成含水印的彩色二维码，其次利用APP应用程序采集彩色二维码图像并进行预处理，然后使用灰度‑梯度共生矩阵法及颜色空间转换法，提取纹理和颜色组合特征，最后使用支持向量机(SVM)算法训练图像数据以建立模型并对测试集图像数据进行区分。所设计的二维码防伪系统能较好的区分彩色二维码的打印图和复印图，解决当下二维码所面临的防伪问题。

Description

一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法
技术领域
本发明涉及智能图像处理技术领域，具体涉及一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方 法。
背景技术
随着互联网和信息技术的发展，以及智能手机的普及，二维码因其具有容量大、纠错能 力强、易于识别和可靠性强等优点，其在支付、防伪、工业控制以及产品溯源等领域获得到 了广泛的应用。但二维码本身并不具有严格意义上的防伪功能，因其数据转换和编码都是公 开的，这限制了二维码在防伪要求较高或者有特殊防伪要求领域的应用；另外，二维码可以 方便的通过图像采集、印刷或复制等手段被任意的复制和转移，这使得二维码本身并不具备 防止伪造和复制的功能。例如，当二维码以标签形式作为信息载体出现在商品流通领域时， 如被不法分子恶意的复制并转移至假冒伪劣产品进行销售时，则不仅扰乱了市场规范，造成 正常商品流通的混乱，而且严重损害了消费者的利益。因此，提高二维码防伪功能是摆脱其 自身限制的重要突破口。
目前国内外防伪系统主要专注于电子二维码或图像上面，而在防止二维码的伪造和复制 上面关注不够，基于此，利用彩色二维码，基于智能图像处理和支持向量机(SVM)相融合 方法，本发明设计了一种区分打印和复印彩色二维码防伪系统。鉴于QR(QuickResponse) Code是目前应用最为广泛的二维码,因此本发明主要以QR Code为例研究其防伪技术。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，能够防止 彩色二维码的伪造和复制。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方 法，所述方法包括以下步骤，
S1、构建彩色二维码的数据库：将任意给定的字符或数字通过二维码生成系统生成彩色 二维码，然后随机选取6位阿拉伯数字组成的数字水印嵌入生成的彩色二维码中，然后应用 程序识别与采集彩色二维码图像；
S2、将采集的彩色二维码图像进行归一化处理：针对每张彩色二维码，对图像大小进行 整体的裁剪和像素归一化的处理；
S3、彩色二维码样本标签的设定：将打印的彩色二维码标签设为1，复印的彩色二维码 标签设为2；
S4、颜色空间转换和特征提取：将彩色二维码RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，并提取H、S、V各自的一阶矩(均值)、二阶矩(方差)、三阶矩(斜度)，得到一个9维的、 代表彩色二维码颜色的特征向量；
S5、纹理特征提取：提取彩色二维码图像的小梯度优势、大梯度优势、灰度分布的不均 匀性、梯度分布的不均匀性、能量、灰度平均、梯度平均、灰度均方差、梯度均方差、相关、 梯度熵、混合熵、惯性、逆差矩15个纹理特征
S6、彩色二维码图像特征提取：将步骤四提取到的9维颜色特征和步骤五提取到的15 维纹理特征，组合构成24维彩色二维码图像特征矩阵；
S7、支持向量机核函数选取及参数优化：支持向量机利用核函数将数据映射到高维空间， 使其尽可能的线性可分；
S8、打印/复印彩色二维码的识别：利用训练集得到的模型以及寻优得到的最佳参数，基 于支持向量机算法，对彩色二维码图像进行识别，以区分打印/复印彩色二维码。
优选的，所述步骤S1中彩色二维码生成系统是基于Google的zxing模块生成系统。
优选的，所述二维码生成系统能将任意指定的数字或字符生成彩色二维码，再将随机选 取6位阿拉伯数字组成的数字水印嵌入生成的彩色二维码中。
优选的，所述步骤S2中图像大小统一设定为404*404像素。
优选的，参数优化上，采用交叉验证法，以训练集最小均方根误差为适应度函数进行参 数寻优，以得到惩罚系数c和核函数参数g，然后再进行图像数据训练并建立模型，以区分 打印/复印彩色二维码，解决二维码面临的防伪问题。
与现有技术相比，本发明的优点是：传统二维码防伪技术利用刮码和嵌入水印来实现防 伪，而本发明使用数字水印和智能图像相结合方法来实现防伪；本发明在数据集的特征提取 上，选取24维纹理和颜色组合特征。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的自行设计的产生含水印的彩色二维码生成系统；
图2是本发明的自行设计的彩色二维码的识别与采集系统；
图3是本发明的彩色二维码RGB颜色空间转换转换为HSV颜色空间的过程示意图图；
图4是本发明的基于支持向量机的彩色二维码防伪方法流程图；
图5是本发明的彩色二维码的分类结果图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手 段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
如图1-5所示，本发明基于支持向量机的彩色二维码防伪系统设计，它包括以下步骤：
利用图1所示的、自行开发的基于Google的zxing模块生成系统，生成含数字水印的彩色二维码；采 用图2所示的、基于Andriod系统的APP应用程序进行彩色二维码的识别与采集，然后上传到服务端对图 像大小进行整体的裁剪和像素归一化的处理，图像的大小统一设定为404*404像素；使用灰度-梯度共生矩 阵法及颜色空间转换法，提取24维纹理和颜色组合特征向量，即利用图像的灰度-梯度综合化信息提取15 维纹理特征，然后再提取彩色二维码HSV颜色空间的一阶矩(均值)、二阶矩(方差)、三阶矩(斜度) 9维的颜色特征。
选取合适的核函数K(x，z)和惩罚参数C>0，构造并求解凸二次规划问题：
Figure BDA0002902933670000031
得到最优解，其中ai，aj为拉格朗日系数。
Figure BDA0002902933670000032
构造分类决策函数：
Figure BDA0002902933670000033
在SVM的参数优化上，为了提高模型的预测性能，本发明采用了网格式搜索法(GS)寻找惩罚系数 c和核函数参数g。
本发明的有益效果是：本发明基于数字水印和非线性支持向量机算法进行二维码生成及数据建模，再 利用建立的模型对彩色二维码进行识别，以区分打印/复印彩色二维码，分类结果如图5所示，测试集分 类准确率平均值为97.0693％(188/202)。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不 仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作 的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
S1、构建彩色二维码的数据库：将任意给定的字符或数字通过二维码生成系统生成彩色二维码，然后随机选取6位阿拉伯数字组成的数字水印嵌入生成的彩色二维码中，然后应用程序识别与采集彩色二维码图像；
S2、将采集的彩色二维码图像进行归一化处理：针对每张彩色二维码，对图像大小进行整体的裁剪和像素归一化的处理；
S3、彩色二维码样本标签的设定：将打印的彩色二维码标签设为1，复印的彩色二维码标签设为2；
S4、颜色空间转换和特征提取：将彩色二维码RGB颜色空间转换到HSV颜色空间，并提取H、S、V各自的一阶矩(均值)、二阶矩(方差)、三阶矩(斜度)，得到一个9维的、代表彩色二维码颜色的特征向量；
S5、纹理特征提取：提取彩色二维码图像的小梯度优势、大梯度优势、灰度分布的不均匀性、梯度分布的不均匀性、能量、灰度平均、梯度平均、灰度均方差、梯度均方差、相关、梯度熵、混合熵、惯性、逆差矩15个纹理特征；
S6、彩色二维码图像特征提取：将步骤四提取到的9维颜色特征和步骤五提取到的15维纹理特征，组合构成24维彩色二维码图像特征矩阵；
S7、支持向量机核函数选取及参数优化：支持向量机利用核函数将数据映射到高维空间，使其尽可能的线性可分；
S8、打印/复印彩色二维码的识别：利用训练集得到的模型以及寻优得到的最佳参数，基于支持向量机算法，对彩色二维码图像进行识别，以区分打印/复印彩色二维码。
2.根据权利要求1所述的一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，其特征在于：所述步骤S1中彩色二维码生成系统是基于Google的zxing模块生成系统。
3.根据权利要求1所述的一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，其特征在于：所述二维码生成系统能将任意指定的数字或字符生成彩色二维码，再将随机选取6位阿拉伯数字组成的数字水印嵌入生成的彩色二维码中。
4.根据权利要求1所述的一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，其特征在于：所述步骤S2中图像大小统一设定为404*404像素。
5.根据权利要求1所述的一种基于支持向量机的彩色二维码防伪方法，其特征在于：参数优化上，采用交叉验证法，以训练集最小均方根误差为适应度函数进行参数寻优，以得到惩罚系数c和核函数参数g，然后再进行图像数据训练并建立模型，以区分打印/复印彩色二维码，解决二维码面临的防伪问题。
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