CN113393361B - 基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法 - Google Patents

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CN113393361B CN202110645027.6A CN202110645027A CN113393361B CN 113393361 B CN113393361 B CN 113393361B CN 202110645027 A CN202110645027 A CN 202110645027A CN 113393361 B CN113393361 B CN 113393361B
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Abstract

本发明公开了一种基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，具体为：步骤1，选择彩色载体图像与水印图像；步骤2，设计水印嵌入算法将水印图像嵌入到彩色载体图像中，得到嵌入水印后的彩色含水印图像；步骤3，设计水印提取算法；步骤4，对步骤2得到的彩色含水印图像进行打印扫描，得到打印扫描后的数字图像；步骤5，采用彩色含水印图像对打印扫描后的数字图像进行校正，得到校正后的图像；步骤6，采用步骤3的水印提取算法提取打印扫描后的数字图像以及校正后的图像中提取水印信息。本发明能够对打印扫描后的彩色含水印图像进行校正，顺利提取出打印扫描图像的水印信息，提高了水印方案的鲁棒性。

Description

基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法
技术领域
本发明属于印刷品防伪领域及数字图像处理技术领域，涉及一种基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法。
背景技术
数字水印技术是一种将水印信息隐藏在数字载体中的一种技术，可应用于数字版权保护，印刷品防伪、图像安全等领域。近年来，学者对数字水印抵抗常见攻击的研究也较为充分，在这些常见攻击研究的基础上，逐渐将数字水印技术拓展应用到印刷工业领域，对抵抗攻击性更强的打印(或印刷)扫描展开了研究。由于打印扫描过程不可控因素过多，会因不同的打印扫描设备，纸张放置情况，分辨率设置，以及不同的光学器件等因素导致打印扫描后的图像质量不同，打印扫描过程图像会同时出现像素失真和几何失真两种失真情况，图像质量会大大降低，因此对水印信息的提取造成了极大的困难。彩色图像相比灰度图像有更多的颜色信息，打印机、扫描仪与显示器所采用的颜色空间不同，包括RGB、CMYK、Lab等等，会因色域的影响，造成颜色信息的大量丢失，因此彩色图像数字水印在打印扫描后的信息提取更为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，能够对打印扫描后的彩色含水印图像进行校正，顺利提取出打印扫描图像的水印信息，提高了水印方案的鲁棒性。
本发明所采用的技术方案是，基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，选择彩色载体图像I与水印图像W；
步骤2，设计水印嵌入算法将水印图像W嵌入到彩色载体图像I中，得到嵌入水印后的彩色含水印图像IW；
步骤3，设计水印提取算法；
步骤4，对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印扫描，得到打印扫描后的数字图像IW2；
步骤5，采用彩色含水印图像IW对打印扫描后的数字图像IW2进行校正，得到校正后的图像记作IW3；
步骤6，采用步骤3的水印提取算法提取打印扫描后的数字图像IW2以及校正后的图像IW3中提取水印信息。
本发明的特征还在于，
步骤1具体为：
在Matlab上读取大小为M×M的彩色载体图像I作为水印算法的载体图像，另读取大小为N×N的灰度图像作为水印图像W。
步骤2具体为：
步骤2.1，对彩色载体图像I进行颜色空间转换，从RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，并对Lab三通道进行分离，得到L通道、a通道和b通道；
步骤2.2，采用式(1)对水印图像W进行SVD分解；
Figure BDA0003108912090000021
式中，Uw、Sw、Vw分别为水印图像W经SVD分解后得到的左奇异矩阵、奇异值矩阵及右奇异矩阵；
步骤2.3，采用式(2)将水印图分解得到的Sw与Vw T相乘作为水印嵌入的主成分，记作Aw，左奇异矩阵UW作为提取水印的秘钥；
AW＝SWVW T (2)
步骤2.4，对载体图像的L通道进行二级DWT变换，得到变换后的LL2子带的大小为M/4×M/4；
步骤2.5，对得到的LL2子带进行不重叠分块，每一子块的大小为m×m，将每一块记作T(i,j)，共分成N×N块，m取值为M/4N；
步骤2.6，采用式(3)对步骤2.5得到的每一子块T(i,j)进行SVD分解；
Figure BDA0003108912090000031
式中，U、S、V分别为每一子块T(i,j)经SVD分解后得到的左奇异矩阵，奇异值矩阵及右奇异矩阵，S为奇异值由大到小排列的对角矩阵，每个子块T(i,j)有m个奇异值，分别由大到小排列为λ1、λ2、λ3…λm；
步骤2.7，采用式(4)将步骤2.3得到的水印主成分Aw以一定的嵌入强度α嵌入到载体图像每一子块的最大奇异值上，得到每个子块嵌入之后的最大奇异值λ’max(i,j)，并将得到的奇异值矩阵记作S’，如式(5)所示：
λ'max(i,j)＝λmax(i,j)+αAw(i,j) (4)
式中，α为嵌入强度，预设嵌入强度α的取值范围为[0.1,0.4]，Aw(i,j)为水印主成分Aw矩阵坐标为(i,j)的像素值，λmax(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的小块的最大奇异值，λ’max(i,j)为Aw矩阵坐标为(i,j)的像素值以α的嵌入强度嵌入到载体图像对应小块的最大奇异值λmax(i,j)上后得到的最大奇异值λ’max(i,j)；
S'＝diag(λ'maxλ2…λm) (5)
步骤2.8，采用式(6)对每一子块进行SVD逆变换，得到嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)；
Figure BDA0003108912090000041
式中，U与V分别为步骤2.6对载体图像分块后每个小块进行奇异值分解后的左奇异矩阵与右奇异矩阵，S’为步骤2.7得到的奇异值矩阵；
步骤2.9，将得到的嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)合为大小为M/4×M/4的子带LL2’，并进行二级DWT逆变换，得到最终嵌入水印后的L通道，记作L2通道；
步骤2.10，将步骤2.9得到的L2通道与步骤2.1的a，b通道进行合并，再将合并后的彩色图像进行颜色空间转换，从Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，最终得到嵌入水印后的彩色含水印图像，记作IW。
步骤3具体为：
步骤3.1，对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L3，a3，b3三个通道；
步骤3.2，对L3通道进行二级DWT变换，得到二级子带，记为LL22；
步骤3.3，对LL22子带进行不重叠分块，分块方式与嵌入时一致，每一子块的大小为m×m，将每一子块记作T2(i,j)；
步骤3.4，对每一子块T2(i,j)进行SVD分解，将奇异值矩阵中最大的奇异值记作λ* max(i,j)，按照式(7)得到提取出的水印图主成分A* w：
Figure BDA0003108912090000042
式中，λ* max(i,j)为含水印图经过分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，λmax(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，两者相减后除以嵌入强度得到提取出的水印主成分矩阵A* w第(i,j)坐标的像素值；
步骤3.5，利用步骤2.3未嵌入的UW通过式(8)得到提取出的水印图像W2：
Figure BDA0003108912090000051
步骤4具体为：
对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印，再对打印后的图像进行扫描，打印机及扫描仪分辨率选择300dpi—600dpi，扫描后得到的数字图像调整至原载体图像的大小M×M，将最终得到的打印扫描后的图像记作IW2。
步骤5具体为：
步骤5.1，对步骤2得到的打印扫描前的彩色含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L4，a4，b4三个通道；
步骤5.2，分别求L4，a4，b4三个通道像素的均值及标准差，将L3通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000052
σ4 l，将a4通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000053
σ4 a，将b4通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000054
σ4 b；
步骤5.3，对打印扫描后的含水印图像IW2进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L5，a5，b5三个通道；
步骤5.4：分别求L5，a5，b5三个通道像素的均值及标准差，将L5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000055
σ5 l，将a5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000056
σ5 a，将b5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000057
σ5 b；
步骤5.5：按照式(9)对打印扫描后的图像IW2进行校正：
Figure BDA0003108912090000061
式中，l*、a*、b*为校正后的三个通道；
步骤5.6，将l*、a*、b*三个通道进行合并，并将合并后得到的图像进行颜色空间转换，由Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，得到校正后的图像记作IW3。
步骤6具体为：分别用步骤4得到的打印扫描后的图像IW2与步骤5得到的校正后的图像IW3采用步骤3的步骤进行水印提取。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，能够对打印扫描后的彩色含水印图像进行校正，使原本无法提取出水印的打印扫描图像顺利提取出水印信息，提高了水印方案的鲁棒性。
附图说明
图1是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中的载体图像；
图2是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中的水印图像；
图3是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中嵌入水印后的含水印图像；
图4是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中用图3提取出的水印图像；
图5是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中的图3经打印扫描后的数字图像；
图6是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中用图5提取出的图像；
图7是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中的图5经过校正后的数字图像；
图8是本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法实施例中的图7提取出的水印图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，选择彩色载体图像I与水印图像W，具体为：
在Matlab上读取大小为M×M的彩色载体图像I作为水印算法的载体图像，另读取大小为N×N的灰度图像作为水印图像W；
步骤2，设计水印嵌入算法将水印图像W嵌入到彩色载体图像I中，得到嵌入水印后的彩色含水印图像IW，具体为：
步骤2.1，对彩色载体图像I进行颜色空间转换，从RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，并对Lab三通道进行分离，得到L通道、a通道和b通道；
步骤2.2，采用式(1)对水印图像W进行SVD分解；
Figure BDA0003108912090000071
式中，Uw、Sw、Vw分别为水印图像W经SVD分解后得到的左奇异矩阵、奇异值矩阵及右奇异矩阵；
步骤2.3，采用式(2)将水印图分解得到的Sw与Vw T相乘作为水印嵌入的主成分，记作Aw，左奇异矩阵UW作为提取水印的秘钥；
AW＝SWVW T (2)
步骤2.4，对载体图像的L通道进行二级DWT变换，得到变换后的LL2子带的大小为M/4×M/4；
步骤2.5，对得到的LL2子带进行不重叠分块，每一子块的大小为m×m，将每一块记作T(i,j)，共分成N×N块，m取值为M/4N；
步骤2.6，采用式(3)对步骤2.5得到的每一子块T(i,j)进行SVD分解；
Figure BDA0003108912090000081
式中，U、S、V分别为每一子块T(i,j)经SVD分解后得到的左奇异矩阵，奇异值矩阵及右奇异矩阵，S为奇异值由大到小排列的对角矩阵，每个子块T(i,j)有m个奇异值，分别由大到小排列为λ1、λ2、λ3…λm；
步骤2.7，采用式(4)将步骤2.3得到的水印主成分Aw以一定的嵌入强度α嵌入到载体图像每一子块的最大奇异值上，得到每个子块嵌入之后的最大奇异值λ’max(i,j)，并将得到的奇异值矩阵记作S’，如式(5)所示：
λ'max(i,j)＝λmax(i,j)+αAw(i,j) (4)
式中，α为嵌入强度，预设嵌入强度α的取值范围为[0.1,0.4]，Aw(i,j)为水印主成分Aw矩阵坐标为(i,j)的像素值，λmax(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的小块的最大奇异值，λ’max(i,j)为Aw矩阵坐标为(i,j)的像素值以α的嵌入强度嵌入到载体图像对应小块的最大奇异值λmax(i,j)上后得到的最大奇异值λ’max(i,j)；
S'＝diag(λ'maxλ2…λm) (5)
步骤2.8，采用式(6)对每一子块进行SVD逆变换，得到嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)；
Figure BDA0003108912090000091
式中，U与V分别为步骤2.6对载体图像分块后每个小块进行奇异值分解后的左奇异矩阵与右奇异矩阵，S’为步骤2.7得到的奇异值矩阵；
步骤2.9，将得到的嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)合为大小为M/4×M/4的子带LL2’，并进行二级DWT逆变换，得到最终嵌入水印后的L通道，记作L2通道；
步骤2.10，将步骤2.9得到的L2通道与步骤2.1的a，b通道进行合并，再将合并后的彩色图像进行颜色空间转换，从Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，最终得到嵌入水印后的彩色含水印图像，记作IW；
步骤3，设计水印提取算法；具体为：
步骤3.1，对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L3，a3，b3三个通道；
步骤3.2，对L3通道进行二级DWT变换，得到二级子带，记为LL22；
步骤3.3，对LL22子带进行不重叠分块，分块方式与嵌入时一致，每一子块的大小为m×m，将每一子块记作T2(i,j)；
步骤3.4，对每一子块T2(i,j)进行SVD分解，将奇异值矩阵中最大的奇异值记作λ* max(i,j)，按照式(7)得到提取出的水印图主成分A* w：
Figure BDA0003108912090000092
式中，λ* max(i,j)为含水印图经过分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，λmax(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，两者相减后除以嵌入强度得到提取出的水印主成分矩阵A* w第(i,j)坐标的像素值；
步骤3.5，利用步骤2.3未嵌入的UW通过式(8)得到提取出的水印图像W2：
Figure BDA0003108912090000101
步骤4，对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印扫描，得到打印扫描后的数字图像IW2；具体为：
对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印，再对打印后的图像进行扫描，打印机及扫描仪分辨率选择300dpi—600dpi，扫描后得到的数字图像调整至原载体图像的大小M×M，将最终得到的打印扫描后的图像记作IW2；
步骤5，采用彩色含水印图像IW对打印扫描后的数字图像IW2进行校正，得到校正后的图像记作IW3，具体为：
步骤5.1，对步骤2得到的打印扫描前的彩色含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L4，a4，b4三个通道；
步骤5.2，分别求L4，a4，b4三个通道像素的均值及标准差，将L3通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000102
σ4 l，将a4通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000103
σ4 a，将b4通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000104
σ4 b；
步骤5.3，对打印扫描后的含水印图像IW2进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L5，a5，b5三个通道；
步骤5.4：分别求L5，a5，b5三个通道像素的均值及标准差，将L5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000105
σ5 l，将a5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000106
σ5 a，将b5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000107
σ5 b；
步骤5.5：按照式(9)对打印扫描后的图像IW2进行校正：
Figure BDA0003108912090000111
式中，l*、a*、b*为校正后的三个通道；
步骤5.6，将l*、a*、b*三个通道进行合并，并将合并后得到的图像进行颜色空间转换，由Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，得到校正后的图像记作IW3；
步骤6，采用步骤3的水印提取算法提取打印扫描后的数字图像IW2以及校正后的图像IW3中提取水印信息，具体为：分别用步骤4得到的打印扫描后的图像IW2与步骤5得到的校正后的图像IW3采用步骤3的步骤进行水印提取。
本发明一种基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，能够对打印扫描后的彩色含水印图像进行校正，使原本无法提取出水印的打印扫描图像顺利提取出水印信息，提高了水印方案的鲁棒性。
现以512px×512px的Lena图及64px×64px的“数字水印”图分别作为载体图像和水印图像进行水印算法的嵌入和提取，打印机和扫描仪的分辨率均为300dpi，具体来说明本发明一种基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法。
步骤1，选择彩色载体图像与水印图像：
在Matlab上读取大小为512px×512px的Lena图作为水印算法的载体图像，如图1所示，另读取大小为64px×64px的“数字水印”图作为水印图像，如图2所示，载体图像为彩色图像，水印图像为灰度图像；
步骤2，设计水印嵌入算法，得到含水印图像：
对Lena图进行颜色空间转换，从RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，并对Lab三通道进行分离，得到L通道、a通道和b通道；
采用式(1)对水印图像“数字水印”图进行SVD分解；
采用式(2)将“数字水印”图分解得到的Sw与Vw T相乘作为水印嵌入的主成分，记作Aw，左奇异矩阵UW作为提取水印的秘钥；
对Lena图的L通道进行二级DWT变换，得到变换后的LL2子带的大小为128px×128px；
对得到的LL2子带进行不重叠分块，每一子块的大小为2×2，将每一块记作T(i,j)，共分成64×64块；
采用式(3)对得到的每一子块T(i,j)进行SVD分解，U、S、V分别为每一子块T(i,j)经SVD分解后得到的左奇异矩阵，奇异值矩阵及右奇异矩阵,S为奇异值由大到小排列的对角矩阵，每个子块T(i,j)有2个奇异值；
采用式(4)将得到的水印主成分Aw以嵌入强度α＝0.4嵌入到载体图像每一子块的最大奇异值上，得到每个子块嵌入之后的最大奇异值λ’max(i,j)，并将得到的奇异值矩阵记作S’；
采用式(6)对每一子块进行SVD逆变换，得到嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)；
将得到的嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)合为大小为128px×128px的子带LL2’,并进行二级DWT逆变换，得到最终嵌入水印后的L通道，记作L2通道。
将得到的L2通道与a，b通道进行合并，再将合并后的彩色图像进行颜色空间转换，从Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，最终得到嵌入水印后的彩色含水印图像，如图3所示，记作IW。
步骤3，设计水印提取算法：
对得到的含水印图像进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L3，a3，b3三个通道。
对L3通道进行二级DWT变换，得到二级子带，记为LL22；
对LL22子带进行不重叠分块，分块方式与嵌入时一致，每一子块的大小为2×2，将每一子块记作T2(i,j)；
对每一子块T2(i,j)进行SVD分解，将奇异值矩阵中最大的奇异值记作λ* max(i,j)，按照式(7)得到提取出的水印图主成分A* w；
利用步骤2未嵌入的UW通过式(8)得到提取出的水印图W2，如图4所示。
步骤4，对含水印图像进行打印扫描，得到打印扫描后的数字图像：
对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印，再对打印后的图像进行扫描，打印机及扫描仪分辨率选择300dpi，扫描后得到的数字图像调整至原载体图像的大小512px×512px，将最终得到的打印扫描后的图像记作IW2，如图5所示。
步骤5，对打印扫描后的数字图像进行校正：
对打印扫描前的含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L4，a4，b4三个通道；
分别求L4，a4，b4三个通道像素的均值及标准差，将L3通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000131
σ4 l，将a4通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000132
σ4 a，将b4通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000133
σ4 b；
对打印扫描后的含水印图像IW2进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L5，a5，b5三个通道；
分别求L5，a5，b5三个通道像素的均值及标准差，将L5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000141
σ5 l，将a5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000142
σ5 a，将b5通道像素的均值及标准差记作：
Figure BDA0003108912090000143
σ5 b；
按照式(9)对打印扫描后的图像IW2进行校正，得到校正后的l*、a*、b*三个通道；
将l*、a*、b*三个通道进行合并，并将合并后得到的图像进行颜色空间转换，由Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，得到校正后的图像记作IW3，如图7所示。
步骤6，在打印扫描后以及校正后的数字图像中提取水印信息：
分别用步骤4得到的打印扫描后的图像IW2与步骤5得到的校正后的图像IW3按照步骤3进行水印提取，提取的水印图像分别如图6和8所示。

Claims (3)

1.基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
步骤1，选择彩色载体图像I与水印图像W；
具体为：
在Matlab上读取大小为M×M的彩色载体图像I作为水印算法的载体图像，另读取大小为N×N的灰度图像作为水印图像W；
步骤2，设计水印嵌入算法将水印图像W嵌入到彩色载体图像I中，得到嵌入水印后的彩色含水印图像IW；
具体为：
步骤2.1，对彩色载体图像I进行颜色空间转换，从RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，并对Lab三通道进行分离，得到L通道、a通道和b通道；
步骤2.2，采用式（1）对水印图像W进行SVD分解；
Figure 18696DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中，Uw、Sw、Vw分别为水印图像W经SVD分解后得到的左奇异矩阵、奇异值矩阵及右奇异矩阵；
步骤2.3，采用式（2）将水印图像分解得到的Sw与Vw T相乘作为水印嵌入的主成分，记作Aw，左奇异矩阵UW作为提取水印的秘钥；
Figure 755708DEST_PATH_IMAGE002
(2)
步骤2.4，对载体图像的L通道进行二级DWT变换，得到变换后的LL2子带的大小为M/4×M/4；
步骤2.5，对得到的LL2子带进行不重叠分块，每一子块的大小为m×m，将每一块记作T(i,j)，共分成N×N块，m取值为M/4N；
步骤2.6，采用式（3）对步骤2.5得到的每一子块T(i,j)进行SVD分解；
Figure 279093DEST_PATH_IMAGE003
Figure 708937DEST_PATH_IMAGE004
(3)
式中，U、S、V分别为每一子块T(i,j)经SVD分解后得到的左奇异矩阵，奇异值矩阵及右奇异矩阵，S为奇异值由大到小排列的对角矩阵，每个子块T(i,j)有m个奇异值，分别由大到小排列为λ1、λ2、λ3…λm；
步骤2.7，采用式(4)将步骤2.3得到的水印主成分Aw以一定的嵌入强度α嵌入到载体图像每一子块的最大奇异值上，得到每个子块嵌入之后的最大奇异值λ’ max(i,j)，并将得到的奇异值矩阵记作S’，如式（5）所示：
Figure 950563DEST_PATH_IMAGE005
(4)
式中，α为嵌入强度，预设嵌入强度α的取值范围为[0.1,0.4]，Aw(i,j)为水印主成分Aw矩阵坐标为(i,j)的像素值，λmax(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的小块的最大奇异值，λ’ max(i,j)为Aw矩阵坐标为(i,j)的像素值以α的嵌入强度嵌入到载体图像对应小块的最大奇异值λmax(i,j)上后得到的最大奇异值λ’ max(i,j)；
Figure 163369DEST_PATH_IMAGE006
(5)
步骤2.8，采用式（6）对每一子块进行SVD逆变换，得到嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)；
Figure 806840DEST_PATH_IMAGE007
(6)
式中，U与V分别为步骤2.6对载体图像分块后每个小块进行奇异值分解后的左奇异矩阵与右奇异矩阵，S’为步骤2.7得到的奇异值矩阵；
步骤2.9，将得到的嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)合为大小为M/4×M/4的子带LL2’，并进行二级DWT逆变换，得到最终嵌入水印后的L通道，记作L2通道；
步骤2.10，将步骤2.9得到的L2通道与步骤2.1的a，b通道进行合并，再将合并后的彩色图像进行颜色空间转换，从Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，最终得到嵌入水印后的彩色含水印图像，记作IW；
步骤3，设计水印提取算法；
具体为：
步骤3.1，对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L3，a3，b3三个通道；
步骤3.2，对L3通道进行二级DWT变换，得到二级子带，记为LL22；
步骤3.3，对LL22子带进行不重叠分块，分块方式与嵌入时一致，每一子块的大小为m×m，将每一子块记作T2(i,j)；
步骤3.4，对每一子块T2(i,j)进行SVD分解，将奇异值矩阵中最大的奇异值记作λ* max(i,j)，按照式（7）得到提取出的水印图主成分A* w：
Figure 142007DEST_PATH_IMAGE008
(7)
式中，λ* max(i,j)为含水印图经过分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，λmax(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，两者相减后除以嵌入强度得到提取出的水印主成分矩阵A* w第(i,j)坐标的像素值；
步骤3.5，利用步骤2.3未嵌入的UW通过式（8）得到提取出的水印图像W2：
Figure 870928DEST_PATH_IMAGE009
(8)；
步骤4，对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印扫描，得到打印扫描后的数字图像IW2；
步骤5，采用彩色含水印图像IW对打印扫描后的数字图像IW2进行校正，得到校正后的图像记作IW3；
具体为：
步骤5.1，对步骤2得到的打印扫描前的彩色含水印图像IW进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L4，a4，b4三个通道；
步骤5.2，分别求L4，a4，b4三个通道像素的均值及标准差，将L4通道像素的均值及标准差记作：`l4、σ4 l，将a4通道像素的均值及标准差记作：`a4、σ4 a，将b4通道像素的均值及标准差记作：`b4、σ4 b；
步骤5.3，对打印扫描后的含水印图像IW2进行颜色空间转换，由RGB颜色空间转换至Lab颜色空间，得到L5，a5，b5三个通道；
步骤5.4：分别求L5，a5，b5三个通道像素的均值及标准差，将L5通道像素的均值及标准差记作：`l5、σ5 l，将a5通道像素的均值及标准差记作：`a5、σ5 a，将b5通道像素的均值及标准差记作：`b5、σ5 b；
步骤5.5：按照式（9）对打印扫描后的图像IW2进行校正：
Figure 949743DEST_PATH_IMAGE010
(9)
式中，l*、a*、b*为校正后的三个通道；
步骤5.6，将l*、a*、b*三个通道进行合并，并将合并后得到的图像进行颜色空间转换，由Lab颜色空间转换至RGB颜色空间，得到校正后的图像记作IW3；
步骤6，采用步骤3的水印提取算法提取打印扫描后的数字图像IW2以及校正后的图像IW3中提取水印信息。
2.根据权利要求1所述的基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
对步骤2得到的彩色含水印图像IW进行打印，再对打印后的图像进行扫描，打印机及扫描仪分辨率选择300dpi—600dpi，扫描后得到的数字图像调整至原载体图像的大小M×M，将最终得到的打印扫描后的图像记作IW2。
3.根据权利要求2所述的基于色空间校正的彩色图像数字水印抗打印扫描的方法，其特征在于，所述步骤6具体为：分别用步骤4得到的打印扫描后的图像IW2与步骤5得到的校正后的图像IW3采用步骤3的步骤进行水印提取。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6956958B2 (en) * 2002-02-21 2005-10-18 Xerox Corporation Method of embedding color information in printed documents using watermarking

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108460716A (zh) * 2018-01-30 2018-08-28 大连工业大学 专色印刷图像数字水印方法及系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Image watermarking against color blind image correction;Thitiporn Pramoun等;《IEEE Xplore》;20171019;全文 *
小波变换系数奇异值分解数字水印防伪算法;付文亭等;《包装工程》;20151110(第21期);全文 *
防伪电子票打印扫描过程中的数字水印失真和还原技术;杨娜;《现代电子技术》;20160901(第17期);全文 *

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