CN116757904A - 基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置 - Google Patents

基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置，该方法包括：接收需要嵌入水印的原始图像和待嵌入信息，将待嵌入信息编码成信息水印序列；将信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始图像中的不同区域，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像；将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。该方法通过在原始数字图像中添加嵌入信息水印和嵌入防伪水印，由于嵌入信息水印的水印嵌入强度大于嵌入防伪水印，那么嵌入信息水印的鲁棒性大于嵌入防伪水印，当存在打印或拍照攻击时，嵌入信息水印和嵌入防伪水印的丢失情况不同，从而就可判断为存在打印或拍照的攻击。

Description

基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置
技术领域
本发明涉及图像识别技术领域，尤其涉及一种基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置。
背景技术
随着计算机技术和互联网的高速发展，如何把重要信息隐藏在大量电子信息中的信息隐藏技术，在未来信息保护方面起到至关重要的作用。数字水印的方法主要包括数字水印技术、可视密码、潜信道及隐匿协议等，主要涉及基于空域的信息隐藏技术及基于变换域的信息隐藏技术。其中，基于空域的信息隐藏技术主要是采用最低有效位(LeastSignificant Bit，LSB)算法，该方法将待隐藏的二进制信息的比特位通过替换载体图像像素的最低有效位，从而把待数字水印隐藏在载体图像中。而基于变换域的信息隐藏技术主要是通过采用不同的变换将信息进行隐藏，常用的变换主要包括离散余弦变换(DiscreteCosine Transform，DCT)、离散小波变换(Discrete Wavelet Transform，DWT)及离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)等。另外，可以通过一些特有的检测方法，将嵌入的数字水印检测出来。
由于现有技术中信息隐藏方法的鲁棒性较差，不能有效抵抗打印或拍照过程引入的攻击行为。当不法分子对于添加了隐形水印的商品外包装进行，拍照、扫描后得到电子图再进行打印，该过程称为复印，若是该过程信息损失较少时，隐形水印依然保留，通过扫码操作依然能识别出里面的水印信息，从而仍然可以达到以假乱真的效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置。
本发明提供一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，包括：接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，所述将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，包括：将原始数字图像划分出多个相同大小的防伪区域和信息区域，所述防伪区域之间，以及防伪区域与信息区域之间均不重合；将所述水印信息序列嵌入原始数字图像中的信息区域，将同一防伪水印序列均嵌入每个防伪区域中，作为对应的信息水印和防伪水印；其中，多个防伪区域，用于检验时根据多个防伪区域提取防伪水印后的误差结果，综合判断信息水印的有效性。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，所述将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，包括：将信息水印序列和防伪水印序列，分别编排为多个x＊y的矩阵块，每个矩阵块包含对应数量的比特，所述矩阵块的数量分别根据信息水印序列和防伪水印序列的信息长度确定，x和y为正整数；将信息区域和防伪区域，按照正方形分块，选取2x＊y或者x＊2y图像块大小的长方形区域作为一个矩阵块的水印嵌入区域，将每2*1或1*2个图像块作为一个图像块对，每个图像块对由第一图像块和第二图像块构成；其中，信息区域的图像块大小大于或等于防伪区域；其中，所述防伪区域设置三种不同等级的防伪块，第一等级的防伪水印强度大于第二等级的防伪水印强度，第二等级的防伪水印强度大于第三等级的防伪水印强度；
对于每一图像块对：
将第一图像块的图像通道中任一通道作为第一修改子块，第二图像块中的图像通道中选取同样的通道作为第二修改子块；分别针对所述第一修改子块和第二修改子块进行离散余弦变换，得到第一系数矩阵和第二系数矩阵，分别选取所述第一系数矩阵和第二系数矩阵中的中频频段的第一中频系数和第二中频系数；根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一中频系数和所述第二中频系数；修改后的新第一中频系数和新第二中频系数替换原第一中频系数和原第二中频系数得到修改后的新第一系数矩阵和新第二系数矩阵；针对所述新第一系数矩阵和新第二系数矩阵进行离散余弦逆变换，得到新第一修改子块和新第二修改子块；用所述新第一修改子块和新第二修改子块替代对应的原第一修改子块和原第二修改子块，组成新的第一图像块和第二图像块，形成新的图像块对。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，所述图像通道中任一通道为RGB通道的蓝色通道。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，所述根据所述信息水印序列或所述防伪水印序列的二值对应修改所述第一中频系数和所述第二中频系数，包括：将中频系数转换成一维数组，得到第一一维数组和第二一维数组；根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一一维数组和所述第二一维数组，得到新第一一维数组和新第二一维数组；根据新第一一维数组和新第一一维数组，转换得到修改后的新第一中频系数和新第二中频系数。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，所述根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一一维数组和所述第二一维数组，包括：
针对所述第一一维数组和第二一维数组中位置相同的数，按照所述信息水印序列或所述防伪水印序列进行修改，并满足：
其中有：
fM＝(fL+fR)/2
其中，fL和fR分别为第一一维数组和第二一维数组上相同位置的数值，fL′和fR′分别为修改后新第一一维数组和新第二一维数组上相同位置的数值，WMI为矩阵块的比特值，WMS为水印强度，fM为方便公式表达的中间量。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，所述分别选取所述第一系数矩阵和第二系数矩阵中的中频频段的第一中频系数和第二中频系数，包括：
第一中频系数和第二中频系数选择一致，且满足：
mi+mj＝n，
k＞0，1≤mi≤k，1≤mj≤k，k/2≤n≤k
其中，mi表示中频系数在区域图像系数矩阵中的行号，mj表示中频系数在区域图像系数矩阵中的列号，n表示中频系数可以选取的范围，是一个整数，k表示每个图像块边的像素大小。
本发明提供一种基于数字图像水印的信息验证方法，包括：采集印制物的表面，获得印制物表面的水印图像；根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列；根据检出信息水印序列与存储的信息水印序列的一致性，确定水印的真实性；在水印真实的情况下，根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性；其中，所述防伪服务器中存储水印嵌入过程的信息水印参数和防伪水印参数，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息验证方法，所述根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列，包括：根据防伪服务器中信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，确定信息区域和防伪区域，以及确定所述信息区域和所述防伪区域按照正方形分块的结果；其中，所述信息区域和所述防伪区域，预先按照正方形分块，且每2x＊y或者x＊2y图像块大小的长方形区域为一个矩阵块的水印嵌入区域；对于信息区域和防伪区域每个2x＊y或者x＊2y图像块，将每2*1或1*2个图像块作为一个图像块对，根据每个图像块对第一图像块和第二图像块确定图像块的嵌入比特值，得到嵌入的检出信息水印序列和检出防伪水印序列；其中，信息水印序列和防伪水印序列，预先已编排为多个x＊y的矩阵块，每个矩阵块包含对应数量的比特，所述矩阵块的数量分别根据信息水印序列和防伪水印序列的信息长度确定，x和y为正整数。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息验证方法，所述根据每个图像块对第一图像块和第二图像块确定图像块的嵌入比特值，包括：根据所述图像块中的预设通道，选取嵌入时的第一图像块的通道图像为第一修改子块，选取嵌入时第二图像块的通道图像为第二修改子块；分别对所述第一修改子块和第二修改子块进行离散余弦变换，确定所述第一修改子块和第二修改子块的系数矩阵；选取各系数矩阵中的中频系数，进行对比计数，确定在所述图像块对中嵌入的比特值。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息验证方法，所述选取各系数矩阵中的中频系数，进行对比计数，确定在所述图像块对中嵌入的比特值，包括：根据第一系数矩阵确定修改子块中满足预设要求的k个中频系数组成第一一维数组，根据第二系数矩阵确定修改子块中满足预设要求的k个中频系数组成第二一维数组；根据所述第一一维数组中对应位置大于第二维数组中对应位置的值多少，确定水印信息的比特值取值。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息验证方法，所述防伪区域有多个，且具有三种不同的防伪水印强度等级，每个防伪区域嵌入不同防伪水印强度等级的防伪水印序列，相应地，所述根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性，包括：分别获取所有防伪区域中的检出防伪水印序列后，若任意防伪区域的检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的误差数量小于或等于预设阈值，则判断为所述任意防伪区域的检出防伪水印序列有效；若判为有效的防伪区域数量占总防伪区域数量超过预设比例，则水印判断为有效性。
根据本发明提供的一种基于数字图像水印的信息验证方法，所述防伪区域为偶数，所述预设比例为0.5，所述方法还包括；若判为有效的防伪区域数量占防伪区域数量的比例为0.5，则将所述水印图像输入训练后的神经网络模型，输出所述水印图像是否是伪造的结果；其中，所述训练后的神经网络模型，根据将嵌入信息水印和防伪水印的水印图像原件作为正样本，复印件的拍照图像作为负样本，并进行标签标注的样本图像，经过神经网络训练后得到。
本发明还提供一种基于数字图像水印的信息隐藏装置，包括：水印生成模块，用于接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；水印嵌入模块，用于将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；信息存储模块，用于将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
本发明还提供一种基于数字图像水印的信息验证装置，包括：图像采集模块，用于采集印制物的表面，获得印制物表面的水印图像；水印提取模块，用于根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列；水印验证模块，用于根据检出信息水印序列与存储的信息水印序列的一致性，确定水印的真实性；在水印真实的情况下，根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性；其中，所述防伪服务器中存储水印嵌入过程的信息水印参数和防伪水印参数，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于数字图像水印的信息隐藏方法或任一项所述基于数字图像水印的信息验证方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于数字图像水印的信息隐藏方法或任一项所述基于数字图像水印的信息验证方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于数字图像水印的信息隐藏方法或任一项所述基于数字图像水印的信息验证方法。
本发明提供的基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置，通过在原始数字图像中添加嵌入信息水印和嵌入防伪水印，由于嵌入信息水印的水印嵌入强度大于嵌入防伪水印，那么嵌入信息水印的鲁棒性大于嵌入防伪水印，当存在打印或拍照攻击时，嵌入信息水印和嵌入防伪水印的丢失情况不同，从而就可判断为存在打印或拍照的攻击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于数字图像水印的信息隐藏方法的流程示意图；
图2是本发明提供的嵌入位置示意图；
图3是本发明提供的基于数字图像水印的信息验证方法的流程示意图；
图4是本发明提供的基于数字图像水印的信息隐藏装置的结构示意图；
图5是本发明提供的基于数字图像水印的信息验证装置的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图6描述本发明的基于数字图像水印的信息隐藏和验证方法及装置。发明的基于数字图像水印的信息隐藏方法可应用在商品、票据、书刊和字画艺术品的真伪识别上，或版权保护、盗版跟踪、信息隐藏和隐蔽通信领域，或进行企业销售统计和商品仿冒统计。图1是本发明提供的基于数字图像水印的信息隐藏方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供基于数字图像水印的信息隐藏方法，包括：
101、接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列。
在步骤101中，防伪服务器接收需要嵌入水印的原始数字图像和嵌入信息，待嵌入信息可以是一段文字，如描述产品相关信息的文字，具体可以为商品种类标识或商品唯一性标识。防伪服务器将待嵌入信息编码成嵌入信息水印，也就是101提到的嵌入信息水印，可以是一段编码如1010010……，此过程可涉及加密方法，即对嵌入信息进行加密得到信息水印序列。
102、将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域。
将嵌入信息水印和嵌入防伪水印嵌入至所述原始数字图像中，得到水印数字图像，然后将所述水印数字图像输出给终端，水印图像可印制在物品表面或包装上获得印制物。其中，信息水印嵌入原始数字图像中的区域为信息区域，即包含防伪信息的区域，防伪水印嵌入原始数字图像中的区域为防伪区域，即对防伪信息进行防伪的区域。
103、将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数。
水印图像生成后或者水印图像生成过程中，将嵌入信息水印和嵌入防伪水印过程的信息水印参数和防伪水印参数在防伪服务器中进行存储。
其中，信息水印参数中的嵌入过程参数，包括嵌入信息水印长度、信息区域位置信息、信息区域图像块大小和水印嵌入频段。防伪水印的嵌入过程参数包括嵌入防伪水印长度、防伪区域位置信息、防伪区域图像块大小和水印嵌入频段。
在防伪检验时，使用终端设备采集印制物的表面，获得印制物表面数字图像，提取表面数字图像中的信息水印和防伪水印对应的信息，即提取嵌入信息水印和嵌入防伪水印，得到对应的检出水印信息和检出防伪信息，通过与嵌入信息水印和嵌入防伪水印对比，实现真伪判决，通过后根据检出水印信息提取检出信息。
在本发明中，防伪水印的水印强度小于等于信息水印，水印强度表示水印对信息的保持能力。考虑到嵌入信息水印的水印嵌入强度大于嵌入防伪水印，防伪水印的信息更容易丢失。当检验时，检出水印信息和嵌入信息水印一致的情况下，只要嵌入防伪水印信息丢失超过一定的条件，那么检出防伪信息就会和嵌入防伪水印不一致，就可判断为存在复印或、打印或拍照的攻击。显而易见的是，水印强度可根据具体情况设置，通过试验仿真等手段，找到一个满足复印后信息水印保留而防伪水印信息丢失的水印强度大小。
本发明的基于数字图像水印的信息隐藏方法，通过在原始数字图像中添加嵌入信息水印和嵌入防伪水印，由于嵌入信息水印的水印嵌入强度大于嵌入防伪水印，那么嵌入信息水印的鲁棒性大于嵌入防伪水印，当存在打印或拍照攻击时，嵌入信息水印和嵌入防伪水印的丢失情况不同，从而就可判断为存在打印或拍照的攻击。
在一个实施例中，所述将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，包括：将原始数字图像划分出多个相同大小的防伪区域和信息区域，所述防伪区域之间，以及防伪区域与信息区域之间均不重合；将所述水印信息序列嵌入原始数字图像中的信息区域，将同一防伪水印序列均嵌入每个防伪区域中，作为对应的信息水印和防伪水印；其中，多个防伪区域，用于检验时根据多个防伪区域提取防伪水印后的误差结果，综合判断信息水印的有效性。
图2是本发明提供的嵌入位置示意图，如图2所示，可选地，防伪区域为四个，防伪区域2在信息区域1四周。
例如，在获得原始数字图像后，在所述原始数字图像的四个不同方向上确认四块非重叠的防伪水印嵌入区域，并分别在所述防伪水印嵌入区域完成防伪水印嵌入。在所述原始数字图像的居中区域确认至少一块(当然也可根据需求设置多块)和所述防伪水印嵌入区域不重叠的信息水印嵌入区域，并在所述信息水印嵌入区域完成信息水印嵌入。
多个防伪区域，用于检验时根据多个防伪区域提取防伪水印后的误差结果，综合判断信息水印的有效性。具体而言，由于是将同一防伪水印序列均嵌入每个防伪区域中，当超过一定的比例或一定的数量的防伪区域出现水印信息丢失，那么可以判断防伪水印丢失，则可以判断存在复印拍照等攻击行为，即使信息水印和防伪服务器存储的是完全一致的，那么信息水印也是无效的，印制该水印的产品属于仿冒产品。
本发明实施例通过多个防伪区域提取防伪水印后的误差结果，综合判断信息水印的有效性，提高防伪水印验证的准确定。
在一个实施例中，所述将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，包括：将信息水印序列和防伪水印序列，分别编排为多个x＊y的矩阵块，每个矩阵块包含对应数量的比特，所述矩阵块的数量分别根据信息水印序列和防伪水印序列的信息长度确定，x和y为正整数；将信息区域和防伪区域，按照正方形分块，选取2x＊y或者x＊2y图像块大小的长方形区域作为一个矩阵块的水印嵌入区域，将每2*1或1*2个图像块作为一个图像块对，每个图像块对由第一图像块和第二图像块构成；其中，信息区域的图像块大小大于或等于防伪区域；
其中，所述防伪区域设置三种不同等级的防伪块，第一等级的防伪水印强度大于第二等级的防伪水印强度，第二等级的防伪水印强度大于第三等级的防伪水印强度；
对于每一图像块对：
将第一图像块的图像通道中任一通道作为第一修改子块，第二图像块中的图像通道中选取同样的通道作为第二修改子块；分别针对所述第一修改子块和第二修改子块进行离散余弦变换，得到第一系数矩阵和第二系数矩阵，分别选取所述第一系数矩阵和第二系数矩阵中的中频频段的第一中频系数和第二中频系数；根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一中频系数和所述第二中频系数；修改后的新第一中频系数和新第二中频系数替换原第一中频系数和原第二中频系数得到修改后的新第一系数矩阵和新第二系数矩阵；针对所述新第一系数矩阵和新第二系数矩阵进行离散余弦逆变换，得到新第一修改子块和新第二修改子块；用所述新第一修改子块和新第二修改子块替代对应的原第一修改子块和原第二修改子块，组成新的第一图像块和第二图像块，形成新的图像块对。
考虑到当前需要对打印图像进行真伪鉴定，是通过拍照后图像对打印图像进行真伪判断，将图像打印出来再拍照进行真伪鉴定中引入大量噪声。对于拍照图的真伪鉴定过程，目前没有一个不可见性、鲁棒性和检测效率都高的方法。本发明实施例提供一种不可见性、鲁棒性和检测效率都高的方法。
具体而言，S1、确定在所述原始数字图像中需嵌入的信息水印信息序列和防伪水印序列，编码为多个x*y的大小矩阵。例如，3*3大小的二值矩阵，若防伪区域为四个的话，四个区域嵌入的防伪水印序列一致。具体而言，信息水印序列和防伪水印序列的x*y的大小矩阵，x和y可以是不同的。
S2、将防伪区域进行像素边长为i的正方形分块，i为自然数，得到非重叠的防伪图像块，对于每个水印嵌入区域，在所述原始数字图像中选取大小为x*2y或2x*y的多个所述防伪图像块大小的长方形区域，每1*2或2*1所述防伪图像块嵌入一比特防伪水印。其中，x为横向比特数量，y为竖向比特数量。
将信息区域进行像素边长为j的正方形分块，其中j为大小大于i的自然数，使得信息水印的鲁棒性比防伪水印的好，得到非重叠的信息图像块，在所述信息区域选取z个1*2或2*1所述防伪图像块作为信息水印嵌入区域，z为信息水印序列编码位的x＊y的矩阵块的数量，2*1个所述信息图像块嵌入一比特信息水印。
将防伪图像块和信息图像块都称为图像块，对应于上面的1*2,将每个所述图像块切分为左右对称的左图像块和右图像块，或对应于上面的2*1，将每个所述图像块切分为上下对称的上图像块和下图像块，并作为一个图像块对，对每个图像块对按照嵌入的一比特信息依次进行水印嵌入操作。以下按照左图像块和右图像块进行举例说明，分别对应于上述第一图像块和第二图像块，即上述的第一和第二分别对应左右，当然也可对应于上下。需要说明的是，也可以不是左右、上下的图像块对，对于其他形式的图形块对也属于本方案的保护范围，例如，对于2x*y的情况，可以是第一行和最后一行，倒数第二行和倒数第二行组成图形块。
S3、从每个所述图像块对的所述左图像块的RGB通道中任一通道作为左修改子块，从所述右图像块中的RGB通道中选取同样的通道作为右修改子块。
S4、分别针对所述左修改子块和右修改子块进行离散余弦变换，得到左系数矩阵和右系数矩阵，分别选取所述左系数矩阵和右系数矩阵中的中频频段的左中频系数和右中频系数。具体操作是：
首先分别针对左修改子块和右修改子块进行离散余弦变换(DCT)，得到频域系数矩阵。
因DCT变换本身具有很强的鲁棒性，所以选择对修改子块进行DCT变换，选取其中的中频频段的中频系数进行操作修改。
针对修改子块进行DCT，具体可通过如下公式进行DCT：
0≤u≤M-1，0≤v≤N-1
在上述公式中，F(u,v)是图像块对的分别针对左修改子块和右修改子块经离散余弦变换后得到的系数矩阵，u,v是系数矩阵中频域坐标，M,N分别表示系数矩阵的行数和列数，i表示修改子块的各行号，j表示修改子块的各列号；f(i,j)表示修改子块的第i行第j列的像素值。
S5、根据所述嵌入水印信息的二值对应修改所述左中频系数和右中频系数。
在步骤S5中根据所述嵌入水印信息中的比特值中对应修改所述左中频系数和右中频系数。因为在DCT频域中，由于低频上的改动对于画质改变过多，对水印不可见性影响很大，高频上的改动很容易受到各种噪声的影响而不具有鲁棒性，中频上的改动对图像质量的影响较小，同时能够抵抗大部分的噪声带来的攻击。为了将水印的比特值嵌入到图像块中，可以根据水印信息的每个比特值对应修改每个左修改子块和右修改子块的中频系数。
S6、用S5中修改后的新左中频系数和新右中频系数替换原有的左中频系数和右中频系数得到修改后的新左系数矩阵和新右系数矩阵。
S7、针对所述新左系数矩阵和新右系数矩阵进行离散余弦逆变换，得到新左修改子块和新右修改子块。具体操作如下：
可以用S6中的新系数矩阵进行离散余弦逆变换，得到嵌入水印信息的新左修改子块和新右修改子块。
在具体实施例中，可通过下述公式对每个修改子块的修改后的新系数矩阵进行离散余弦逆变换：
0≤u≤M-1，0≤v≤N-1
在上述公式中，f′(i，j)是修改的图像块中第i行第j列的值，F′(u，v)是修改后的新系数矩阵第u行第v列的值，u，v是系数矩阵的坐标，M，N分别表示修改后的新系数矩阵的行数和列数，i表示图像块的各行号，j表示图像块的各列号。
在针对小数的新修改子块进行量化处理时，可采用四舍五入完成量化，对于超出像素范围边界的直接采用原载体图像分块中的图像子块的像素值。
S8、用所述新左修改子块和新右修改子块替代原有的中对应的所述左修改子块和右修改子块，组成新的左图像块和右图像块，形成新的图像块对。
考虑到水印对应的每个修改子块完成替换，则获得已嵌入比特值的修改通道图像。可用嵌入水印信息的修改通道图像替换原修改通道图像，从而获得嵌入水印信息的图像块；可以用嵌入水印信息的修改通道图像结合RGB通道中其余二个通道图像而得到嵌入水印信息的区域图像。
S9：重复步骤S2-S8，直至S1中每个所述水印信息矩阵块的所有二值均已嵌入对应的区域图像中的图像块对中，获得嵌入信息水印和防伪水印的数字图像。
具体而言，重复步骤S2-S8，直至水印信息的比特值对应的每个修改子块都完成修改和替换，则对应的图像块对均已嵌入水印信息，从而获得已嵌入水印信息的水印数字图像。
针对已嵌入水印信息的水印数字图像，可以通过数字图传输，或者打印、屏幕展示然后拍照，得到待读取水印信息的图像。
本发明实施例的基于数字图像水印的信息隐藏方法，通过选取2倍于矩阵块图像块大小的长方形区域作为一个矩阵块的水印嵌入区域，并提供上述修改第一频系数和第二中频系数的方式完成信息嵌入，一方面避免低频上的改动对于画质改变过多，对水印不可见性影响很大，高频上的改动很容易受到各种噪声的影响而不具有鲁棒性的问题，另一方面通过中频上的改动，对图像质量的影响较小，同时能够抵抗大部分的噪声带来的攻击。此外，通过修改第一频系数和第二中频系数完成信息嵌入，即使通过拍照后图像对打印图像进行真伪判断，只需判断两边的差值，从而不会受引入大量噪声的影响，进而达到不可见性强、鲁棒性和检测效率都高的效果。
在一个实施例中，所述图像通道中任一通道为RGB通道的蓝色通道。
优选的，在S3中，分别从所述图像块对的所述左图像块和所述右图像块的RGB通道中选取蓝色通道图像作为左修改子块和右修改子块，分别针对所述左修改子块和所述右修改子块进行对比修改所述左中频系数和右中频系数。
在一个实施例中，所述根据所述信息水印序列或所述防伪水印序列的二值对应修改所述第一中频系数和所述第二中频系数，包括：将中频系数转换成一维数组，得到第一一维数组和第二一维数组；根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一一维数组和所述第二一维数组，得到新第一一维数组和新第二一维数组；根据新第一一维数组和新第一一维数组，转换得到修改后的新第一中频系数和新第二中频系数。
具体而言，针对S5中修改所述左中频系数和所述右中频系数，具体还包括：先将中频系数转换成一维数组，得到左一维数组和右一维数组，并以此对比修改左一维数组和右一维数组，得到新左一维数组和新右一维数组。然后根据新的左一维数组和新的右一维数组，转换得到修改后的新第一中频系数和新第二中频系数。本发明实施例通过将中频系数转换成一维数组来实现，便于实现根据多个位数的数组元素来实现矩阵块比特的嵌入，进一步可提高水印信息隐藏后再次读取的鲁棒性。
在一个实施例中，所述根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一一维数组和所述第二一维数组，包括：针对所述第一一维数组和第二一维数组中位置相同的数，按照所述信息水印序列或所述防伪水印序列进行修改，并满足：
其中有：
fM＝(fL+fR)/2
其中，fL和fR分别为第一一维数组和第二一维数组上相同位置的数值，fL′和fR′分别为修改后新第一一维数组和新第二一维数组上相同位置的数值，WMI为矩阵块的比特值，WMS为水印强度，fM为方便公式表达的中间量。
其中，防伪水印的水印强度小于等于信息水印。可选地，每块防伪区域的每对图像块的水印强度都不一致，按照数量x*y从WMS到WMS/2均匀分布，从而让防伪水印的强度阶梯变化，能更准确地衡量图像的受损程度。
若需要在所述图像块对中嵌入比特值1时，需要修改所述左一维数组中每个值都比所述右一维数组中每个值都要大；
若需要在所述图像块对中嵌入比特值0时，需要修改所述右一维数组中每个值都比所述左一维数组中每个值都要大。
在一个实施例中，所述分别选取所述第一系数矩阵和第二系数矩阵中的中频频段的第一中频系数和第二中频系数，包括：第一中频系数和第二中频系数选择一致，且满足：
mi+mj＝n，
k＞0，1≤mi≤k，1≤mj≤k，k/2≤n≤k
其中，mi表示中频系数在区域图像系数矩阵中的行号，mj表示中频系数在区域图像系数矩阵中的列号，n表示中频系数可以选取的范围，是一个整数，k表示每个图像块边的像素大小。
图3是本发明提供的基于数字图像水印的信息验证方法的流程示意图，如图3所示，本发明提供基于数字图像水印的信息验证方法，包括：
301、采集印制物的表面，获得印制物表面的水印图像。
进行水印检测时，终端设备首先通过拍照、摄像、扫描三种方式中的任一方式获得印制物表面数字图像，读取水印信息并发送至服务器，服务器判断是否为合法请求，如果请求合法，对采集的印制物表面图像进行定位、校正和压缩等预处理操作，接着将处理后数据传送到服务器上。将印制物表面水印数字图像进行几何校正后，得到待检测数字水印图像。
可以利用尺度不变特征矫正所述印制物表面数字图像，得到几何校正后的所述待检测图像。
在确定嵌入水印信息的目标区域图像的位置时，首先可以打印已嵌入水印信息的图像，进而通过图像获取设备如终端检测设备获取打印嵌入水印信息图像的待检测图像。图像获取设备可以是移动终端的扫描、摄像及拍照设备等，此时获得的图像为电子图像则会因拍照带来几何畸变，在确定为包含水印信息的待检测图像后，可利用尺度不变特征矫正待检测图像变换并确定嵌入水印信息的目标区域图像。
其中，尺度不变特征变换(SIFT，英文全称：Scale-invariant featuretransform)，由于相机拍摄的电子照片(即本发明实施例中的待检测图像)存在一定的几何形变，需要使用图像配准和几何矫正。图像配准就是找到一幅图像像素到另一幅图像像素间的空间映射关系，通过匹配特征点估算投影变换矩阵完成几何矫正。SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放及亮度变化等保持不变性，对视角变化、仿射变换及噪声等也保持一定程度的稳定性，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进行快速、准确的匹配，即使少数的几个物体也可以产生大量的SIFT特征向量。本发明的具体实施方式通过基于SIFT特征图像配准方法，采用关键点特征向量的欧式距离作为两幅图像中关键点的相似性判定度量，找到匹配结果最精确的四对特征点，然后计算出投影变换Homographies矩阵，最后即可将待检测图像矫正到载体图像坐标系下，进而确定嵌入水印信息的目标区域图像。
302、根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列。
在上述水印信息的嵌入方法的基础上，能够知道图像上目标区域图像的位置，可存储在防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数中，据此从图像中直接确定嵌入水印信息的目标区域图像。
其中，所述防伪服务器中存储水印嵌入过程的信息水印参数和防伪水印参数，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数。
在所述待检测数字图像中确定每个水印嵌入区域的位置，并检测每个所述水印嵌入区域中每一图像块对中的比特值，得到检测水印信息。
304、根据检出信息水印序列与存储的信息水印序列的一致性，确定水印的真实性；在水印真实的情况下，根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性。
其中，防伪服务器访问的数据库中，还可包括商品是否注册、商品名称、价格、生产厂商和生产日期的商品信息、该商品对应的水印参数信息及商品的检测次数、检测时间和检测设备的检测信息等。
检测次数初始状态为0，检测时间和检测设备信息为空，当进行真伪判决时，所述终端检测设备先读取水印数字图像，根据水印信息调取数据库中对应的商品信息、水印参数和检测信息，并在数据库中记录下水印检测的检测时间和检测设备信息，检测次数信息也做相应更新。
具体而言，检出信息水印序列与存储的信息水印序列一致，则确定水印为真实的，检出信息水印序列与存储的信息水印序列不一致，则确定水印为仿冒的。但是考虑到检出信息水印序列与存储的信息水印序列一致有可能是通过复印拍照等形式仿冒的。本发明中，进一步根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性。
本发明中信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印，在检出信息水印序列与存储的信息水印序列一致的情况下防伪水印可能会不一致，若检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的不一致性，则认为水印是无效的，即为通过复印拍照等形式仿冒的，可判断出存在通过复原拍照得到水印的攻击行为。
需要说明的是，本发明实施例及后续实施例的基于数字图像水印的信息验证方法，是和上述基于数字图像水印的信息隐藏方法对应的，相关步骤和技术效果未提及之处，可参加上述基于数字图像水印的信息隐藏方法的实施例，此次不再赘述。
在一个实施例中，所述根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列，包括：根据防伪服务器中信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，确定信息区域和防伪区域，以及确定所述信息区域和所述防伪区域按照正方形分块的结果；其中，所述信息区域和所述防伪区域，预先按照正方形分块，且每2x＊y或者x＊2y图像块大小的长方形区域为一个矩阵块的水印嵌入区域；对于信息区域和防伪区域每个2x＊y或者x＊2y图像块，将每2*1或1*2个图像块作为一个图像块对，根据每个图像块对第一图像块和第二图像块确定图像块的嵌入比特值，得到嵌入的检出信息水印序列和检出防伪水印序列；其中，信息水印序列和防伪水印序列，预先已编排为多个x＊y的矩阵块，每个矩阵块包含对应数量的比特，所述矩阵块的数量分别根据信息水印序列和防伪水印序列的信息长度确定，x和y为正整数。
此处可参见上述隐藏方法的实施例，本发明实施例通过第一图像块和第二图形块来解析水印序列的比特质，具有不可见性强，鲁棒性高的效果。
在一个实施例中，所述根据每个图像块对第一图像块和第二图像块确定图像块的嵌入比特值，包括：根据所述图像块中的预设通道，选取嵌入时的第一图像块的通道图像为左修改子块，选取嵌入时第二图像块的通道图像为第二修改子块；分别对所述第一修改子块和第二修改子块进行离散余弦变换，确定所述第一修改子块和第二修改子块的系数矩阵；选取各系数矩阵中的中频系数，进行对比计数，确定在所述图像块对中嵌入的比特值。
在一个实施例中，所述选取各系数矩阵中的中频系数，进行对比计数，确定在所述图像块对中嵌入的比特值，包括：根据第一系数矩阵确定修改子块中满足预设要求的k个中频系数组成第一一维数组，根据所述第二系数矩阵确定修改子块中满足预设要求的k个中频系数组成第二一维数组；根据所述第一一维数组中对应位置大于第二维数组中对应位置的值多少，确定水印信息的比特值取值。
具体可参见上述基于数字图像水印的信息隐藏方法的实施例。
在一个实施例中，所述防伪区域有多个，且具有三种不同的防伪水印强度等级，每个防伪区域嵌入不同防伪水印强度等级的防伪水印序列，相应地，所述根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性，包括：分别获取所有防伪区域中的检出防伪水印序列后，若任意防伪区域的检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的误差数量小于或等于预设阈值，则判断为所述任意防伪区域的检出防伪水印序列有效；若判为有效的防伪区域数量占总防伪区域数量超过预设比例，则水印判断为有效性。
以防伪区域四个为例，分别获取四个水印检出区域中的检出水印信息后，若一个检出水印信息和对应的所述水印嵌入区域的嵌入水印信息误差在2比特内，则认为该水印检出区域为有效水印检出区域，若有大于等于三个或四个的所述水印检出区域为有效区域，则认为图像中水印有效，判断为真；若有小于两个的所述水印检出区域为所述有效区域，则认为图像中水印无效，判断为假；因为防伪水印为弱鲁棒性水印，对损坏较为敏感，从而很好地对图像被损坏程度有一个准确的量化评估。
在一个实施例中，所述防伪区域为偶数，所述预设比例为0.5，所述方法还包括；若判为有效的防伪区域数量占防伪区域数量的比例为0.5，则将所述水印图像输入训练后的神经网络模型，输出所述水印图像是否是伪造的结果；其中，所述训练后的神经网络模型，根据将嵌入信息水印和防伪水印的水印图像原件作为正样本，复印件的拍照图像作为负样本，并进行标签标注的样本图像，经过神经网络训练后得到。
若有等于两个的所述水印检出区域为所述有效区域，则认为图像中水印效果待定，本发明实施例还利用经过人工智能机器学习训练的神经网络进行自动分类判别，以识别待检测物是否为复印件；其中人工智能学习训练包括如下步骤：
采用原件的图像作为正样本集，复印件的拍照图像作为负样本集，再对所述负样本集进行图像数据增强，将所有样本集分辨率统一至同一值；再将所述正样本集和负样本集作为数据集进行训练，训练过程包括：神经网络模型的反向传播，以及其中权值的更新；通过不同批次数据的输入，不断更新其中的权值，最后得到训练好的人工智能模型。
在本发明中，为证明方法的有效性，采用上述方法，在512*512像素大小的图像中四个方向分别确定4块防伪水印区域，每块水印嵌入区域大小为64*32，每个水印嵌入区域分别嵌入8比特的水印序列，每一比特信息对应16*8的图像区域，嵌入时频段选择8频段，水印强度设置为20。在图像居中区域确认一块信息水印区域，信息水印区域大小为256*256，每一比特信息对应32*16像素大小的图像区域，共嵌入128比特嵌入信息，嵌入频段选择8频段，水印强度设置为40，其中嵌入位置如图4所示，图中中间小方框区(模特面部区域)为信息水印区域1，四角小方框区域为防伪水印区域2。
并将图像用打印机打印为打印的水印图，将打印的水印图通过复印机进行复印，得到复印的水印图，并对打印的水印图和复印的水印图进行拍照，并通过图像真伪鉴别方案进行分类，水印图的照片为正样本，复印过后的水印图的照片为负样本。
定义正样本数量为分类正确的数量，而负样本则为非该类图的其他图。正样本数量为P个，负样本的数量为N个，分类正确的正样本个数为TP，分类错误的正样本个数为FN，分类正确的负样本个数为TN，分类错误的负样本个数为FP。在此采用漏警率和虚警率对分类效果进行评估，计算方式和解释如下：
准确率(Accuracy)，代表正确分类的样本个数占所有样本总数的比例，计算公式如下：
漏警率(Missing Alarm Rate)，代表错误分类的正样本占所有正样本的比例，计算公式如下：
虚警率(False Alarm Rate)，代表错误分类的负样本占所有分类为正样本的比例，计算公式如下：
在实际的真伪分类应用场景中应关注分类方案中漏警率和虚警率，漏警率主要是指部分水印图被分类错误成复印图，而虚警率是指复印图被判别为水印图。
其中水印图5张，复印图各种复印手段组合共20张，分别拍摄水印图和复印图照片各100张，进行真伪鉴别，在此认为所述防伪水印检出区域种有效区域大于两个时认为为正样本，否则为负样本，效果如下：
方法 准确率 漏警率 虚警率
水印 87.75％ 8.51％ 2.63％
可以发现脆弱水印方案的分类结果可以取得不错的测试结果，在大部分情况下可以有效分类出复印图，但是在光线条件不好，过暗或者过亮的条件下，脆弱水印的提取受到影响，分类失败，此时往往只有两个所述防伪水印检出区域为有效区域，被分类成负样本，导致很多水印图被分类成复印图。因此引入通过深度学习的方法，按照步骤C141，对有等于两个的所述防伪水印检出区域时进行进一步分类。
上述实施例可以很好地防止不法分子打印或印刷出仿冒品，但它仍存在一个问题，当不法分子对于添加了隐形水印的商品外包装进行，拍照、扫描后得到电子图再进行打印，该过程称为复印，若是该过程信息损失较少时，隐形水印依然保留，通过扫码操作依然能识别出里面的水印信息。
本实施例则使得任何添加了隐形水印的商品外包装，在经过了一次复印操作后，可以被识别出，其是对所有上传至服务器的图片进行一个分类，分辨该图片是原件还是复印件。该方案整体步骤如下：
主要分成三大块：数据训练阶段，上传检测分类阶段，实际运用阶段。
1.数据训练阶段
训练模型时采用收集的拍照图片作为训练中的数据集，其中原件图可以是一到多种图案，打印原图可以不同但打印机需要一致，例如立方体包装盒的六个面每个面的拍照图像都可以作为正样本集。其中采用原件的图像作为正样本集，复印件的拍照图像作为负样本集，收集设备为各种手机和照相机。此时收集到的数据样本集为不同分辨率的彩色图像，需要将分辨率统一至同一值。其中复印件的获取方式为将原件进行扫描，拍照得到电子图，再通过各种打印机打印出来，完成模拟复印的过程。打印机选择固定的打印机，其中拍照设备的选取为常见的手机，摄像机和扫描仪等，尽量多种型号，而复印件也尽可能涵盖多种款式的复印机还需包括原打印机的二次打印图。同时拍照环境也需要尽可能全面，考虑在不同光线条件下，以及不同阴影覆盖的情况。
再对负样本进行数据增强，数据增强主要有几何变换方式，包括翻转，旋转，裁剪，缩放，平移，抖动和透视变换，还有像素变换方式，添加椒盐噪声、高斯噪声，高斯滤波器，对图像进行对比度、亮度、饱和度调节，还有直方图均衡化，通过随机组合上述方式并选取随机参数对负样本数据进行扩充。再将上述正样本集和负样本集作为数据集进行训练，需要对负样本进行数据增强操作，尽可能模拟不同情况下的复印情况，训练过程主要是神经网络模型的反向传播，然后是其中权值的更新，通过不同batch组数据的输入，不断更新其中的权值，最后得到训练好的resnet18模型，至此完成模型的训练。该模型输入为上述统一分辨率的图像，输出为一个数值，该数值大于0表示为预测为正样本，数值小于0预测为负样本。
2.检出分类阶段
由服务器等系统进行处理操作：首先是将图像统一至相同分辨率；再通过模型计算该图像的预测值，若是大于0则预测为正样本，即为原件；否则反之；之后返回该预测值和预测结果，这个是分类，要详细说明但是分类方式就是很简单，输入一个图像就输出该图像的预测值。
通过结合二者方式：
方法名称 准确率 漏警率 虚警率
防伪和深度学习 96.00％ 0.31％ 5.95％
将二者结合时，分类的整体准确率和漏警率和虚警率相较于只用一种方法都有很大的提升，但是需要预训练的成本。
3.实际运用阶段
用户操作app，小程序或者web网页，或者通过一个接口服务，将需要鉴别是原件还是复印的图像上传至服务器中，此时上传的原件和复印件必须是规定范围内的图像。例如某a品牌的盒子，而不能是a品牌的软包装或者b品牌的盒子等，因为训练时并未加入该数据，所以不能对范围外的输入图像做出正确可靠的预测。
根据检测分类阶段得出预测值和预测结果，进行相应的提醒，例如你手中有可能是假货。
本发明实施例中还提供了一种检测水印信息的检测装置，如下面的实施例所述。由于这些装置解决问题的原理与检测水印信息的方法相似，因此这些装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
为了防止盗版厂商利用同样的手段解读水印信息后进行复制盗版，将本发明实施例提供的防伪方法应用在商品、票据、书刊和字画艺术品等的真伪识别上，或版权保护、盗版跟踪、信息隐藏和隐蔽通信领域，或进行企业销售统计和商品仿冒统计。
下面对本发明提供的基于数字图像水印的信息隐藏装置进行描述，下文描述的基于数字图像水印的信息隐藏装置与上文描述的基于数字图像水印的信息隐藏方法可相互对应参照。
图4是本发明提供的基于数字图像水印的信息隐藏装置的结构示意图，如图4所示，该基于数字图像水印的信息隐藏装置包括：水印生成模块401、水印嵌入模块402和信息存储模块403。其中，水印生成模块401用于接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；水印嵌入模块402用于将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；信息存储模块403用于将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
图5是本发明提供的基于数字图像水印的信验证装置的结构示意图，如图5所示，该基于数字图像水印的信息验证装置包括：图像采集模块501、水印提取模块502和水印验证模块503。其中，图像采集模块501用于采集印制物的表面，获得印制物表面的水印图像；水印提取模块502用于根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列；水印验证模块503用于根据检出信息水印序列与存储的信息水印序列的一致性，确定水印的真实性；在水印真实的情况下，根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性；其中，所述防伪服务器中存储水印嵌入过程的信息水印参数和防伪水印参数，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例所提供的基于数字图像水印的信息隐藏装置，其实现原理及产生的技术效果和前述基于数字图像水印的信息隐藏方法实施例相同，为简要描述，基于数字图像水印的信息隐藏装置实施例部分未提及之处，可参考前述基于数字图像水印的信息隐藏方法实施例中相应内容。
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行基于数字图像水印的信息隐藏方法，该方法包括：接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于数字图像水印的信息隐藏方法，该方法包括：接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于数字图像水印的信息隐藏方法，该方法包括：接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，包括：
接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；
将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；
将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；
其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
2.根据权利要求1所述的基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，所述将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，包括：
将原始数字图像划分出多个相同大小的防伪区域和信息区域，所述防伪区域之间，以及防伪区域与信息区域之间均不重合；
将所述水印信息序列嵌入原始数字图像中的信息区域，将同一防伪水印序列均嵌入每个防伪区域中，作为对应的信息水印和防伪水印；
其中，多个防伪区域，用于检验时根据多个防伪区域提取防伪水印后的误差结果，综合判断信息水印的有效性。
3.根据权利要求1所述的基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，所述将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，包括：
将信息水印序列和防伪水印序列，分别编排为多个x＊y的矩阵块，每个矩阵块包含对应数量的比特，所述矩阵块的数量分别根据信息水印序列和防伪水印序列的信息长度确定，x和y为正整数；
将信息区域和防伪区域，按照正方形分块，选取2x＊y或者x＊2y图像块大小的长方形区域作为一个矩阵块的水印嵌入区域，将每2*1或1*2个图像块作为一个图像块对，每个图像块对由第一图像块和第二图像块构成；其中，信息区域的图像块大小大于或等于防伪区域；
其中，所述防伪区域设置三种不同等级的防伪块，第一等级的防伪水印强度大于第二等级的防伪水印强度，第二等级的防伪水印强度大于第三等级的防伪水印强度；
对于每一图像块对：
将第一图像块的图像通道中任一通道作为第一修改子块，第二图像块中的图像通道中选取同样的通道作为第二修改子块；
分别针对所述第一修改子块和第二修改子块进行离散余弦变换，得到第一系数矩阵和第二系数矩阵，分别选取所述第一系数矩阵和第二系数矩阵中的中频频段的第一中频系数和第二中频系数；
根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一中频系数和所述第二中频系数；
修改后的新第一中频系数和新第二中频系数替换原第一中频系数和原第二中频系数得到修改后的新第一系数矩阵和新第二系数矩阵；
针对所述新第一系数矩阵和新第二系数矩阵进行离散余弦逆变换，得到新第一修改子块和新第二修改子块；
用所述新第一修改子块和新第二修改子块替代对应的原第一修改子块和原第二修改子块，组成新的第一图像块和第二图像块，形成新的图像块对。
4.根据权利要求3所述的基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，所述图像通道中任一通道为RGB通道的蓝色通道。
5.根据权利要求3所述的基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，所述根据所述信息水印序列或所述防伪水印序列的二值对应修改所述第一中频系数和所述第二中频系数，包括：
将中频系数转换成一维数组，得到第一一维数组和第二一维数组；
根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一一维数组和所述第二一维数组，得到新第一一维数组和新第二一维数组；
根据新第一一维数组和新第一一维数组，转换得到修改后的新第一中频系数和新第二中频系数。
6.根据权利要求5所述的基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，所述根据所述矩阵块的比特值对应修改所述第一一维数组和所述第二一维数组，包括：
针对所述第一一维数组和第二一维数组中位置相同的数，按照所述信息水印序列或所述防伪水印序列进行修改，并满足：
其中有：
fM＝(fL+fR)/2
其中，fL和fR分别为第一一维数组和第二一维数组上相同位置的数值，fL′和fR′分别为修改后新第一一维数组和新第二一维数组上相同位置的数值，WMI为矩阵块的比特值，WMS为水印强度，fM为方便公式表达的中间量。
7.根据权利要求3所述的基于数字图像水印的信息隐藏方法，其特征在于，所述分别选取所述第一系数矩阵和第二系数矩阵中的中频频段的第一中频系数和第二中频系数，包括：
第一中频系数和第二中频系数选择一致，且满足：
mi+mj＝n,
k>0,1≤mi≤k,1≤mj≤k,k/2≤n≤k
其中，mi表示中频系数在区域图像系数矩阵中的行号，mj表示中频系数在区域图像系数矩阵中的列号，n表示中频系数可以选取的范围，是一个整数，k表示每个图像块边的像素大小。
8.一种基于数字图像水印的信息验证方法，其特征在于，包括：
采集印制物的表面，获得印制物表面的水印图像；
根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列；
根据检出信息水印序列与存储的信息水印序列的一致性，确定水印的真实性；在水印真实的情况下，根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性；
其中，所述防伪服务器中存储水印嵌入过程的信息水印参数和防伪水印参数，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
9.根据权利要求8所述的基于数字图像水印的信息验证方法，其特征在于，所述根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列，包括：
根据防伪服务器中信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，确定信息区域和防伪区域，以及确定所述信息区域和所述防伪区域按照正方形分块的结果；其中，所述信息区域和所述防伪区域，预先按照正方形分块，且每2x＊y或者x＊2y图像块大小的长方形区域为一个矩阵块的水印嵌入区域；
对于信息区域和防伪区域每个2x＊y或者x＊2y图像块，将每2*1或1*2个图像块作为一个图像块对，根据每个图像块对第一图像块和第二图像块确定图像块的嵌入比特值，得到嵌入的检出信息水印序列和检出防伪水印序列；
其中，信息水印序列和防伪水印序列，预先已编排为多个x＊y的矩阵块，每个矩阵块包含对应数量的比特，所述矩阵块的数量分别根据信息水印序列和防伪水印序列的信息长度确定，x和y为正整数。
10.根据权利要求9所述的基于数字图像水印的信息验证方法，其特征在于，所述根据每个图像块对第一图像块和第二图像块确定图像块的嵌入比特值，包括：
根据所述图像块中的预设通道，选取嵌入时的第一图像块的通道图像为第一修改子块，选取嵌入时第二图像块的通道图像为第二修改子块；
分别对所述第一修改子块和第二修改子块进行离散余弦变换，确定所述第一修改子块和第二修改子块的系数矩阵；
选取各系数矩阵中的中频系数，进行对比计数，确定在所述图像块对中嵌入的比特值。
11.根据权利要求10所述的基于数字图像水印的信息验证方法，其特征在于，所述选取各系数矩阵中的中频系数，进行对比计数，确定在所述图像块对中嵌入的比特值，包括：
根据第一系数矩阵确定修改子块中满足预设要求的k个中频系数组成第一一维数组，根据第二系数矩阵确定修改子块中满足预设要求的k个中频系数组成第二一维数组；
根据所述第一一维数组中对应位置大于第二维数组中对应位置的值多少，确定水印信息的比特值取值。
12.根据权利要求8所述的基于数字图像水印的信息验证方法，其特征在于，所述防伪区域有多个，且具有三种不同的防伪水印强度等级，每个防伪区域嵌入不同防伪水印强度等级的防伪水印序列，相应地，所述根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性，包括：
分别获取所有防伪区域中的检出防伪水印序列后，若任意防伪区域的检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的误差数量小于或等于预设阈值，则判断为所述任意防伪区域的检出防伪水印序列有效；
若判为有效的防伪区域数量占总防伪区域数量超过预设比例，则水印判断为有效性。
13.根据权利要求12所述的基于数字图像水印的信息验证方法，其特征在于，所述防伪区域为偶数，所述预设比例为0.5，所述方法还包括；
若判为有效的防伪区域数量占防伪区域数量的比例为0.5，则将所述水印图像输入训练后的神经网络模型，输出所述水印图像是否是伪造的结果；
其中，所述训练后的神经网络模型，根据将嵌入信息水印和防伪水印的水印图像原件作为正样本，复印件的拍照图像作为负样本，并进行标签标注的样本图像，经过神经网络训练后得到。
14.一种基于数字图像水印的信息隐藏装置，其特征在于，包括：
水印生成模块，用于接收需要嵌入水印的原始数字图像和待嵌入信息，将所述待嵌入信息编码成信息水印序列；
水印嵌入模块，用于将所述信息水印序列和防伪水印序列嵌入原始数字图像中的不同区域，以生成信息水印和防伪水印，得到用于印制在物品表面或包装上的水印图像，其中，所述不同区域分别为信息区域和防伪区域；
信息存储模块，用于将嵌入水印过程的信息水印参数和防伪水印参数存储至防伪服务器中，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；
其中，信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
15.一种基于数字图像水印的信息验证装置，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于采集印制物的表面，获得印制物表面的水印图像；
水印提取模块，用于根据防伪服务器中的信息水印参数和防伪水印参数的嵌入过程参数，提取所述图像中信息区域的信息水印和防伪区域的防伪水印，得到检出信息水印序列和检出防伪水印序列；
水印验证模块，用于根据检出信息水印序列与存储的信息水印序列的一致性，确定水印的真实性；在水印真实的情况下，根据检出防伪水印序列与存储的防伪水印序列的一致性，确定水印的有效性；
其中，所述防伪服务器中存储水印嵌入过程的信息水印参数和防伪水印参数，所述信息水印参数和防伪水印参数分别包括信息水印序列和防伪水印序列，以及包括各自的嵌入过程参数；信息水印的水印嵌入强度大于防伪水印。
16.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于数字图像水印的信息隐藏方法或者权利要求8至13任一项所述基于数字图像水印的信息验证方法。
17.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于数字图像水印的信息隐藏方法或者权利要求8至13任一项所述基于数字图像水印的信息验证方法。
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