CN117575880A - 一种盲水印嵌入/提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盲水印嵌入/提取方法及系统，涉及水印嵌入技术领域，解决了现有盲水印抗打印扫描方法存在的有效信息易丢失、无法应对几何旋转攻击的问题，方案包括：获取载体图像和水印信息；对载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从DFT频谱图提取嵌入区域，对嵌入区域进行分解得到多个特征区域；对水印信息进行编码处理得到二进制数据流，根据特征映射表将二进制数据流映射为特征区域的连线特征；将连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的特征区域，得到含水印DFT频谱图；对含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像；实现水印信息的保护以及抗扫描打印、抗几何旋转变换攻击的功能。

Description

一种盲水印嵌入/提取方法及系统

技术领域

本发明涉及水印嵌入技术领域，更具体地说，它涉及一种盲水印嵌入/提取方法及系统。

背景技术

盲水印是一种肉眼不可见的水印方式，使用盲水印可以避免数字媒体未经授权的复制和拷贝。通常是将图片进行离散余弦、小波或者傅里叶变换，得到图片的频谱信息，再将水印信息编码后叠加到图片的频谱上，然后再进行一次逆变换，生成带有盲水印的图片。通过对原图进行解码操作，即可得到水印图来证明版权归属。

随着数字图像打印扫描的发展，抗打印扫描成为盲水印发展的重点方向。目前，抗打印扫描的研究方向之一是找出原始数字图像和打印扫描图像在空域或变换域中较稳定的系数，针对性的进行点对点的系数修改以嵌入散点状的盲水印。但此类基于散点嵌入的方法除了存在系数本身的能量损失外，还存在随机丢失的情况（即每一次扫描打印后水印信息的存留情况不确定，根据实验分析存留情况只能保留嵌入能量的50%+左右），可能导致有效信息丢失，无法解码嵌入的水印信息。

除此之外，打印扫描图像的几何旋转也会对水印提取产生极大的障碍，即使是零点零几度的微小旋转也会导致水印提取失败，这就导致对于打印扫描图像的后置图像处理技术要求极高，水印提取算法的泛化性低。

有基于此，本申请提供一种盲水印嵌入/提取方法及系统，解决上述问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种盲水印嵌入方法及系统，解决现有盲水印抗打印扫描方法存在的有效信息易丢失、无法应对几何旋转攻击的问题，通过特征映射表将水印信息映射为特征区域中的连线特征，可以避免有效信息丢失，将连线特征嵌入至DFT频谱图，实现水印信息的抗几何旋转变换攻击。

本申请第一方面，提供一种盲水印嵌入方法，包括：获取载体图像和水印信息；对所述载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从所述DFT频谱图提取嵌入区域，对所述嵌入区域进行分解得到多个特征区域；对所述水印信息进行编码处理得到二进制数据流，根据特征映射表将所述二进制数据流映射为特征区域的连线特征；将所述连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的特征区域，得到含水印DFT频谱图；对含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像。

采用上述技术方案，将水印信息转化为特征区域的连线特征，将载体图像转化为DFT频谱图，进而将连线特征嵌入DFT频谱图中的特征区域，实现盲水印嵌入。将水印信息转化为特征区域中的连线特征，可以有效避免常规散点状的盲水印嵌入存在的有效信息丢失、无法解码水印信息的问题；将连线特征嵌入DFT频谱图，可以借助DFT频谱具有的平移旋转不变性及抗几何形变的特性，实现盲水印的抗几何旋转攻击。

在一种可能的实施方式中，从所述DFT频谱图中提取嵌入区域，包括：以DFT频谱图的中心点为原点进行360度拆分，0-90度为第一象限，90-180度为第二象限，180-270度为第三象限，270-360度为第四象限；以DFT频谱图的中心点为原点作低频半径圆和中频半径圆，围合成为圆环区域，从圆环区域中选择避开象限轴光斑的区域作为嵌入区域。

在一种可能的实施方式中，所述载体图像的像素尺寸为2048*2048，所述嵌入区域为：第一象限中5-85度、240-480像素半径所围成的区域，第二象限中95-175度、240-480像素半径所围成的区域，第三象限中185-265度、240-480像素半径所围成的区域，第四象限中275-355度、240-480像素半径所围成的区域。

在一种可能的实施方式中，对所述嵌入区域进行分解得到多个特征区域，包括：对每个象限中的嵌入区域进行半径四等分和象限角度八等分，每个象限形成32个扇形的特征区域。

在一种可能的实施方式中，根据特征映射表将所述二进制数据流映射为特征区域的连线特征，包括：将二进制数据流拆分为4bit二进制数据；将4bit二进制数据映射为特征区域中四个点之间的连线，四个点之间设置16种连线方式。

在一种可能的实施方式中，所述特征区域的四个点为ABCD，AC之间连接表示二进制数据流的第一位数为1，反之为0，DB之间连接表示二进制数据流的第二位数为1，反之为0，AD之间连接表示的二进制数据流的第三位数为1，反之为0，AB之间连接表示二进制数据流的第四位数为1，反之为0。

在一种可能的实施方式中，将所述连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的各个特征区域，得到含水印DFT频谱图，包括：从DFT频谱图中的四个象限中选择两个相邻的象限，将连线特征按照预设顺序嵌入两个象限的特征区域；另外两个象限对称嵌入连线特征作为备份。

本申请第二方面提供一种盲水印提取方法，包括：获取水印图像，水印图像为上述一种盲水印嵌入方法制作得到的图像或该图像的打印扫描图；将水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点，通过峰值点算法得到全局峰值点分布；以预设的水印信息分布情况作为二维搜索矩阵与DFT频谱图的中低频半径区域得到的插值二维矩阵进行相关性检验，从DFT频谱图的中心点逐步向外搜索水印信息在DFT频谱图中的相对位置，从相对位置开始补充缺失的峰值点，得到特征区域的分布位置；计算相对位置所在半径区域内的全局幅度谱的平均能量，根据平均能量分析相邻两个峰值点之间是否连接，有连接为1，无连接为0，复现特征区域的二进制数据，按嵌入时的预设顺序从各个特征区域中提取二进制数据，组合成为二进制数据流，对二进制数据流解码得到水印信息。

本申请第三方面，提供一种盲水印嵌入系统，用于实现如上所述的一种盲水印嵌入方法，包括：获取模块，用于获取载体图像和水印信息；载体图像处理模块，用于对所述载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从所述DFT频谱图提取嵌入区域，对所述嵌入区域进行分解得到多个特征区域；水印信息处理模块，用于对所述水印信息进行编码处理得到二进制数据流，根据特征映射表将所述二进制数据流映射为特征区域的连线特征；水印嵌入模块，用于将所述连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的特征区域，得到含水印DFT频谱图；水印图像生成模块，用于对含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像。

本申请第四方面，提供一种盲水印提取系统，用于实现如上所述的一种盲水印提取方法，包括：获取模块，用于获取水印图像，水印图像为根据上述的一种盲水印嵌入方法制作得到的图像或该图像的打印扫描图；峰值点分布提取模块，用于将水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点，通过峰值点算法得到全局峰值点分布；特征区域分布提取模块，用于以预设的水印信息分布情况作为二维搜索矩阵与DFT频谱图的中低频半径区域得到的插值二维矩阵进行相关性检验，从DFT频谱图的中心点逐步向外搜索水印信息在DFT频谱图中的相对位置，从相对位置开始补充缺失的峰值点，得到特征区域的分布位置；水印信息提取模块，用于计算相对位置所在半径区域内的全局幅度谱的平均能量，根据平均能量分析相邻两个峰值点之间是否连接，有连接为1，无连接为0，复现特征区域的二进制数据，按嵌入时的预设顺序从各个特征区域中提取二进制数据，组合成为二进制数据流，对二进制数据流解码得到水印信息。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本方案将水印信息转化为连线特征，可以有效避免常规散点状的盲水印嵌入存在的有效信息丢失、无法解码水印信息的问题，即使是二次扫描打印仍然能留存嵌入信息；将连线特征嵌入载体图像的DFT频谱图，可以借助离散傅里叶变换域具有的平移旋转不变性及抗几何形变的特性，实现盲水印的抗几何旋转攻击；从DFT频谱图中提取远离主轴光斑的低频半径区域作为嵌入区域，可以避免主轴光斑对水印信息的干扰，还可以改善离散傅里叶变换在打印扫描阶段存在的共轭对称干涉问题；对称嵌入水印信息，可以备份有效信息的同时有效解决对称共轭干涉的影响；在每个象限划分32个特征区域，结合特征映射表的16种连线特征，每个特征区域可嵌入4bit的二进制数据，载体图像整体可以嵌入256bit的水印信息，具有广阔的水印承载能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明提供的盲水印嵌入方法的流程图；

图2为本发明提供的在DFT域嵌入水印后的无干扰原图；

图3为本发明提供的经过打印扫描后的灰度图的共轭干涉图样；

图4为本发明提供的经过打印扫描后的彩色图的共轭干涉图样；

图5为本发明提供的第一象限的特征区域的示意图；

图6为本发明提供的特征映射表的示意图；

图7为本发明提供的某一特征区域的嵌入示意图；

图8为本发明提供的含水印DFT频谱图；

图9为本发明提供的水印图像经扫描打印后的DFT频谱图；

图10为本发明提供的盲水印提取方法的流程图；

图11为本发明提供的盲水印嵌入系统的结构示意图；

图12为本发明提供的盲水印提取系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请作进一步的详细说明，本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请，并不作为对本申请的限定。

实施例1提供一种盲水印嵌入方法，请参见图1所示，图1为本发明提供的盲水印嵌入方法的流程图。方法包括：

S1、获取载体图像和水印信息；

S2、对载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从DFT频谱图提取嵌入区域，对嵌入区域进行分解得到多个特征区域；

S3、对水印信息进行编码处理得到二进制数据流，根据特征映射表将二进制数据流映射为特征区域的连线特征；

S4、将连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的特征区域，得到含水印DFT频谱图；

S5、对含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像。

具体地，本方法可以分为五步：对载体图像的处理、对水印信息的处理、水印嵌入处理和水印图像生成。对载体图像的处理：载体图像可以是彩色图像或灰度图像，首先将载体图像进行灰度变化，统一为灰度图像，接着对灰度图像进行DFT分解，提取DFT频谱，此时得到的频谱图是高频在中间，低频在四角，为了把能量集中起来处理，利用DFT的平移性质对频谱进行中心化处理，得到载体图像的DFT频谱图，用于嵌入水印信息。为了便于水印信息的嵌入，在DFT频谱图中选择合适的嵌入区域，并对嵌入区域进行分解得到多个特征区域，通过特征区域嵌入水印信息。对水印信息的处理：水印信息可以是公司名称、创作者信息等，首先将水印信息编码为0、1二进制数据流；二进制数据流整体通常较长，因此可以将二进制数据流拆分成多段二进制数据，而后通过特征映射表映射为连线特征。水印嵌入处理：将代表水印信息的连线特征按照提前预设的顺序嵌入各个特征区域，得到含水印DFT频谱图。水印图像生成：通过常规的逆运算将含水印DFT频谱图还原成为灰度图像或彩色图像，此时图像的DFT频谱上携带水印信息，实现盲水印嵌入。

相较于传统的散点盲水印嵌入，本方案的改进有：将水印信息转化为特征区域中的连线特征，可以有效避免常规散点状的盲水印嵌入存在的有效信息丢失、无法解码水印信息的问题；将水印信息嵌入DFT频谱图，可以借助离散傅里叶变换域具有的平移旋转不变性及抗几何形变的特性，实现盲水印的抗几何旋转攻击。

但在实际的嵌入过程中发明人注意到，在DFT域嵌入水印信息存在共轭对称的问题。共轭对称在打印扫描阶段表现为共轭对称干涉。请参见图2-4所示，图2为在DFT域嵌入水印后的无干扰原图，图3为经过打印扫描后的灰度图的共轭干涉图样，图4为经过打印扫描后的彩色图的共轭干涉图样。从图3-4中可以看在DFT频谱嵌入盲水印的灰度图/彩色图经打印扫描后存在严重的共轭干涉，表现为共轭对称的半圆交错，导致干涉情况极其明显，直接影响水印提取工作。

为解决共轭对称干涉的问题，可以从三方面入手。第一，嵌入半径应尽可能为中低频，即半径尽量小。第二，嵌入能量尽可能小，即尽量使用线段、点等所占能量较小的符号而减少实体填充区块。第三，应在DFT频谱中应避免异步嵌入，即避免对称位置能量不同产生的干涉。

由于本方案已经将水印信息映射为能量较小的连线特征。因此，解决共轭对称干涉时，首先考虑对嵌入区域进行限制。此外，考虑到DFT频谱图的象限主轴处存在的光斑能量过大，影响水印信息识读，本方案选择避开主轴光斑的中低频半径区域作为水印信息的嵌入区域。

在一种可能的实施方式中，从DFT频谱图中提取嵌入区域，包括：以DFT频谱图的中心点为原点进行360度拆分，0-90度为第一象限，90-180度为第二象限，180-270度为第三象限，270-360度为第四象限；以DFT频谱图的中心点为原点作低频半径圆和中频半径圆，围合成为圆环区域，从圆环区域中选择避开象限轴光斑的区域作为嵌入区域。

需要说明的是，主轴光斑区域、半径中低频区域与载体图像的像素尺寸有关，以载体图像的像素尺寸为2048*2048为例，根据实验数据得到的嵌入区域为：第一象限中5-85度、240-480像素半径所围成的区域，第二象限中95-175度、240-480像素半径所围成的区域，第三象限中185-265度、240-480像素半径所围成的区域，第四象限中275-355度、240-480像素半径所围成的区域。像素半径是指以像素点为单位绘制的半径圆，载体图像的横轴有2048个像素点，以第204个像素点为半径作低频半径圆，以第480个像素点为半径作中频半径圆，两圆围合形成的圆环区域即为半径中低频区域。

解决共轭对称干涉时，其次考虑嵌入的形式，为了避免对称位置能量不同产生的对称干涉，也为了增强水印信息的能量强度，避免多次扫描打印后丢失。本方案选择一用一备，对称嵌入水印信息。

在一种可能的实施方式中，将连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的各个特征区域，得到含水印DFT频谱图，包括：从DFT频谱图中的四个象限中选择两个相邻的象限，将连线特征按照预设顺序嵌入两个象限的特征区域；另外两个象限对称嵌入连线特征作为备份。例如，选择第一、第二象限嵌入水印信息，第三、第四象限对称嵌入水印信息。

嵌入区域是用于嵌入水印信息的，考虑到将水印信息编码为二进制数据流后通常较大，为了合理的嵌入分段后的二进制数据，可以将嵌入区域进行拆分，得到多个特征区域，一个特征区域嵌入一段二进制数据。

在一种可能的实施方式中，对嵌入区域进行分解得到多个特征区域，包括：对每个象限中的嵌入区域进行半径四等分和象限角度八等分，每个象限形成32个扇形的特征区域。即载体图像中存在64个扇形的特征区域可以嵌入二进制数据。请参见图5所示，图5为第一象限的特征区域的示意图，图中的散点构成多个扇形的特征区域。

每个特征区域可嵌入的二进制数据大小是特征映射表决定的。

在一种可能的实施方式中，根据特征映射表将二进制数据流映射为特征区域的连线特征，包括：将二进制数据流拆分为4bit二进制数据；将4bit二进制数据映射为特征区域中四个点之间的连线，四个点之间设置16种连线方式。整个载体图像即可嵌入4bit*32*2=256bit的水印信息。

在一种可能的实施方式中，特征区域的四个点为ABCD，AC之间连接表示二进制数据流的第一位数为1，反之为0，DB之间连接表示二进制数据流的第二位数为1，反之为0，AD之间连接表示的二进制数据流的第三位数为1，反之为0，AB之间连接表示二进制数据流的第四位数为1，反之为0。请参见图6所示，图6为特征映射表的示意图。

需要说明的是，图6的特征映射表仅为一种示例，实际使用中也可以采用其他的映射表，将二进制数据映射为线段即可。

示例性地，请参见图7所示，图7为某一特征区域的嵌入示意图。在坐标为(1263,1003)，(1255, 961)， (1322, 997)， (1313, 946)的特征区域嵌入4bit二进制数据1110。

采用本方案制作的含水印DFT频谱图可以参见图8所示，含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像。水印图像经扫描打印后的DFT频谱图可以参见图9所示。可以看到本方法制作的含水印DFT频谱图可以抗扫描打印，保留的水印信息完整度较高。

值得说明的是，本方法考量泛化能力及稳定性基础上，在抗几何旋转攻击能力最强的DFT（离散傅里叶变换）域上进行水印信息嵌入，且将水印信息从单点、多点的散点嵌入改为连线特征的整体嵌入，将二进制数据改为连线特征的图像编码，在dft频谱图中嵌入肉眼可识别的连线特征组成编码逻辑，在保证了图像质量的同时，以连线特征替代散点特征进行水印信息嵌入，实现了即打即扫即识别的抗打印扫描及几何旋转攻击的盲水印算法。

本方法具有的效果如下，将水印信息转化为连线特征，可以有效避免常规散点状的盲水印嵌入存在的有效信息丢失、无法解码水印信息的问题，即使是二次扫描打印仍然能留存嵌入信息；将连线特征嵌入载体图像的DFT频谱图，可以借助离散傅里叶变换域具有的平移旋转不变性及抗几何形变的特性，实现盲水印的抗几何旋转攻击；从DFT频谱图中提取远离主轴光斑的低频半径区域作为嵌入区域，可以避免主轴光斑对水印信息的干扰，还可以改善离散傅里叶变换在打印扫描阶段存在的共轭对称干涉问题；对称嵌入水印信息，可以备份有效信息的同时有效解决对称共轭干涉的影响；在每个象限划分32个特征区域，结合特征映射表的16种连线特征，每个特征区域可嵌入4bit的二进制数据，载体图像整体可以嵌入256bit的水印信息，具有广阔的水印承载能力。

实施例2提供一种盲水印提取方法，请参见图10所示，图10为盲水印提取方法的流程图，盲水印提取包括：

获取水印图像，水印图像为上述一种盲水印嵌入方法制作得到的图像或该图像的打印扫描图；

将水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点，通过峰值点算法得到全局峰值点分布；

以预设的水印信息分布情况作为二维搜索矩阵与DFT频谱图的中低频半径区域得到的插值二维矩阵进行相关性检验，从DFT频谱图的中心点逐步向外搜索水印信息在DFT频谱图中的相对位置，从相对位置开始补充缺失的峰值点，得到特征区域的分布位置；

计算相对位置所在半径区域内的全局幅度谱的平均能量，根据平均能量分析相邻两个峰值点之间是否连接，有连接为1，无连接为0，复现特征区域的二进制数据，按嵌入时的预设顺序从各个特征区域中提取二进制数据，组合成为二进制数据流，对二进制数据流解码得到水印信息。

具体地，本方法获取的水印图像是实施例1制得的水印图像，或其扫描打印件。为了提取其DFT频谱图中包含的水印信息，首先对水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，请参见图10所示。为了剔除能量极值点的干扰，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点（低频中心点和其他区域能量差距能达到10的n次方级别）。再通过峰值点算法得到全局峰值点分布，以预设的嵌入水印矩阵分布情况作为二维搜索矩阵与频谱图中半径窗口得到的插值二维矩阵进行相关性检验。这里的预设的嵌入水印矩阵分布情况是指如图5所示的默认散点分布，由于各编码分布情况不同，故而为了满足全盲性质统一使用如图5所示的默认散点分布所构成的矩阵作为二维搜索矩阵，通过插值可生成间隔的全一矩阵，形如下：

[[1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1]，

[1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1]，

[1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1]，

[1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，1]]，

频谱图中半径窗口是指中低频半径区域，同样通过差值得到插值二维矩阵。通过常规的相关性检验算法（计算皮尔逊相关系数、斯皮尔曼相关系数或者判别分析）检测二维搜索矩阵与插值二维矩阵的相关性，相关阈值可以根据图像尺寸等通过实验数据得到，当计算得到的相关系数大于相关阈值时判定相关。可通过迭代比较得到全局最优的相关系数以确定嵌入部分的相对位置。得到相对位置后再从相对位置开始，补充缺失的峰值点位，直至得到完整的散点分布，此时计算相对位置所在半径范围内的全局幅度谱平均能量，当峰值点与峰值点之间所有点位能量均值大于平均能量时，判定为1，否则为0，并将判定情况重新复现为0101……的二进制数据流，最后解码得到水印信息。

实施例3提供一种盲水印嵌入系统，请参见图11所示，图11为盲水印嵌入系统的结构示意图，系统用于实现如上的一种盲水印嵌入方法，包括：获取模块，用于获取载体图像和水印信息；载体图像处理模块，用于对载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从DFT频谱图中提取嵌入区域，对嵌入区域进行分解得到多个特征区域；水印信息处理模块，用于对水印信息进行加密处理得到二进制数据流；水印嵌入模块，用于根据特征映射表将二进制数据流按预设顺序映射至特征区域，得到嵌入水印后的DFT频谱图，对嵌入水印后的DFT频谱图进行逆运算得到水印图像；其中，嵌入区域为远离主轴的中低频半径区域，嵌入区域一半嵌入水印信息另一半对称嵌入水印信息作为备份，特征映射表是将二进制数据流映射为特征区域中的连线。

实施例4提供一种盲水印提取系统，请参见图12所示，图12为盲水印提取系统的结构示意图，系统用于实现如上的一种盲水印提取方法，包括：获取模块，用于获取水印图像，水印图像为根据上述的一种盲水印嵌入方法制作得到的图像或该图像的打印扫描图；峰值点分布提取模块，用于将水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点，通过峰值点算法得到全局峰值点分布；特征区域分布提取模块，用于以预设的水印信息分布情况作为二维搜索矩阵与DFT频谱图的中低频半径区域得到的插值二维矩阵进行相关性检验，从DFT频谱图的中心点逐步向外搜索水印信息在DFT频谱图中的相对位置，得到相对位置后再从相对位置开始补充缺失的峰值点，得到特征区域的分布位置；水印信息提取模块，用于计算相对位置所在半径区域内的全局幅度谱的平均能量，根据平均能量分析相邻两个峰值点之间是否连接，有连接为1，无连接为0，复现特征区域的二进制数据，按嵌入时的预设顺序从各个特征区域中提取二进制数据，组合成为二进制数据流，对二进制数据流解码得到水印信息。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盲水印嵌入方法，其特征在于，包括：

获取载体图像和水印信息；

对所述载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从所述DFT频谱图提取嵌入区域，对所述嵌入区域进行分解得到多个特征区域；

对所述水印信息进行编码处理得到二进制数据流，根据特征映射表将所述二进制数据流映射为特征区域的连线特征；

将所述连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的特征区域，得到含水印DFT频谱图；

对含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像。

2.根据权利要求1所述的一种盲水印嵌入方法，其特征在于，从所述DFT频谱图中提取嵌入区域，包括：

以DFT频谱图的中心点为原点进行360度拆分，0-90度为第一象限，90-180度为第二象限，180-270度为第三象限，270-360度为第四象限；

以DFT频谱图的中心点为原点作低频半径圆和中频半径圆，围合成为圆环区域，从圆环区域中选择避开象限轴光斑的区域作为嵌入区域。

3.根据权利要求2所述的一种盲水印嵌入方法，其特征在于，所述载体图像的像素尺寸为2048*2048，所述嵌入区域为：第一象限中5-85度、240-480像素半径所围成的区域，第二象限中95-175度、240-480像素半径所围成的区域，第三象限中185-265度、240-480像素半径所围成的区域，第四象限中275-355度、240-480像素半径所围成的区域。

4.根据权利要求3所述的一种盲水印嵌入方法，其特征在于，对所述嵌入区域进行分解得到多个特征区域，包括：对每个象限中的嵌入区域进行半径四等分和象限角度八等分，每个象限形成32个扇形的特征区域。

5.根据权利要求1所述的一种盲水印嵌入方法，其特征在于，根据特征映射表将所述二进制数据流映射为特征区域的连线特征，包括：

将二进制数据流拆分为4bit二进制数据；

将4bit二进制数据映射为特征区域中四个点之间的连线，四个点之间设置16种连线方式。

6.根据权利要求5所述的一种盲水印嵌入方法，其特征在于，所述特征区域的四个点为ABCD，AC之间连接表示二进制数据流的第一位数为1，反之为0，DB之间连接表示二进制数据流的第二位数为1，反之为0，AD之间连接表示的二进制数据流的第三位数为1，反之为0，AB之间连接表示二进制数据流的第四位数为1，反之为0。

7.根据权利要求1所述的一种盲水印嵌入方法，其特征在于，将所述连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的各个特征区域，得到含水印DFT频谱图，包括：

从DFT频谱图中的四个象限中选择两个相邻的象限，将连线特征按照预设顺序嵌入两个象限的特征区域；

另外两个象限对称嵌入连线特征作为备份。

8.一种盲水印提取方法，其特征在于，包括：

获取水印图像，水印图像为根据权利要求1-7任一一种盲水印嵌入方法制作得到的图像或该图像的打印扫描图；

将水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点，通过峰值点算法得到全局峰值点分布；

以预设的水印信息分布情况作为二维搜索矩阵与DFT频谱图的中低频半径区域得到的插值二维矩阵进行相关性检验，从DFT频谱图的中心点逐步向外搜索水印信息在DFT频谱图中的相对位置，从相对位置开始补充缺失的峰值点，得到特征区域的分布位置；

计算相对位置所在半径区域内的全局幅度谱的平均能量，根据平均能量分析相邻两个峰值点之间是否连接，有连接为1，无连接为0，复现特征区域的二进制数据，按嵌入时的预设顺序从各个特征区域中提取二进制数据，组合成为二进制数据流，对二进制数据流解码得到水印信息。

9.一种盲水印嵌入系统，其特征在于，用于实现如权利要求1-7任一所述的一种盲水印嵌入方法，包括：

获取模块，用于获取载体图像和水印信息；

载体图像处理模块，用于对所述载体图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，从所述DFT频谱图提取嵌入区域，对所述嵌入区域进行分解得到多个特征区域；

水印信息处理模块，用于对所述水印信息进行编码处理得到二进制数据流，根据特征映射表将所述二进制数据流映射为特征区域的连线特征；

水印嵌入模块，用于将所述连线特征按照预设顺序嵌入DFT频谱图中的特征区域，得到含水印DFT频谱图；

水印图像生成模块，用于对含水印DFT频谱图进行逆运算得到水印图像。

10.一种盲水印提取系统，其特征在于，用于实现如权利要求8所述的一种盲水印提取方法，包括：

获取模块，用于获取水印图像，水印图像为根据权利要求1-7任一一种盲水印嵌入方法制作得到的图像或该图像的打印扫描图；

峰值点分布提取模块，用于将水印图像进行灰度变化、DFT分解以及低频中心化处理，得到DFT频谱图，将DFT频谱图整体视作二维矩阵，对亮度信息进行三维显示，除去和中心低频点同级数的能量极值点，通过峰值点算法得到全局峰值点分布；

特征区域分布提取模块，用于以预设的水印信息分布情况作为二维搜索矩阵与DFT频谱图的中低频半径区域得到的插值二维矩阵进行相关性检验，从DFT频谱图的中心点逐步向外搜索水印信息在DFT频谱图中的相对位置，从相对位置开始补充缺失的峰值点，得到特征区域的分布位置；

水印信息提取模块，用于计算相对位置所在半径区域内的全局幅度谱的平均能量，根据平均能量分析相邻两个峰值点之间是否连接，有连接为1，无连接为0，复现特征区域的二进制数据，按嵌入时的预设顺序从各个特征区域中提取二进制数据，组合成为二进制数据流，对二进制数据流解码得到水印信息。