CN117649330A - 一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，水印方法通过水印嵌入流程在彩色电子图像中碳标识条码信息，并通过对应的水印提取流程从彩色电子图像中提取碳标识条码信息，水印嵌入流程包括生成水印矩阵、Arnold变换、图像预处理、水印嵌入、返回图像。本发明有益效果：实现在彩色电子图像中保存另一份不可见碳标识条码信息的同时，尽可能不影响原彩色图像视觉效果，并能快速从彩色电子图像提取该碳标识条码。
Description
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，尤其是涉及碳标识条码水印方法。
背景技术
数字水印技术是一种信息隐藏技术，旨在将特定的数据（即水印）嵌入到数字媒体（如图像、视频或音频）中，以实现版权保护、内容认证或隐秘通信等目的。这种技术通过在载体媒体中嵌入不易察觉的标记，能够验证内容的真实性或所有权，同时对原始媒体的感知影响最小化。标识条码以其高密度、高容量和易扫描的特点，成为有效的水印载体，现有的标识条码水印技术通常通过将标识条码嵌入到图像的特定区域，或者以某种方式调整其属性（如颜色、大小、透明度等），以实现隐蔽性和机器可读性的平衡。这种技术广泛应用于版权保护、防伪标签以及广告推广等领域。然而，现有的标识条码水印技术面临一些局限和不便，例如标识条码的嵌入可能会影响图像的视觉质量，特别是在需要保持原始图像美观性的场合。此外，水印的尺寸、位置和编码方式常常受限于原始图像的特性，限制了水印的适用范围和灵活性。在安全性方面，现有技术可能容易受到图像处理攻击或篡改，导致水印信息的损坏或丢失。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，以实现在彩色电子图像中保存另一份不可见碳标识条码信息的同时，尽可能不影响原彩色图像视觉效果，并能快速从彩色电子图像提取该碳标识条码。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法。
进一步的，水印方法通过水印嵌入流程在彩色电子图像中碳标识条码信息，并通过对应的水印提取流程从彩色电子图像中提取碳标识条码信息，水印嵌入流程包括以下步骤：
T1、生成水印矩阵：将需要嵌入的数据信息转换为碳标识条码，生成水印矩阵A；
T2、Arnold变换：对水印矩阵A执行Arnold变换，得到乱序水印矩阵A’，并将变换参数记为提取密钥；
T3、图像预处理：将原始图像的RGB/RGBA数据矩阵转换为YUV编码形式，提取其V分量形成浓度矩阵V*，并将浓度矩阵V*划分为含有若干m×n子矩阵块的矩阵切片组V'；
T4、水印嵌入：将乱序水印矩阵A’中每个元素对应于矩阵切片组V'中的m×n子矩阵块进行时频变换，生成对应的结果矩阵块I，将所有结果矩阵块I组成结果矩阵组F_V，按照嵌入规则对结果矩阵组F_V进行修改得出矩阵F_V’，将矩阵F_V’逆变换回时域并更新矩阵切片组V'得到新矩阵切片组V”；
T5、返回图像：把新矩阵切片组V”组重新拼合为新浓度矩阵V**，并将新浓度矩阵V**作为新V分量，与T1中的YU分量一起重新编码为隐含碳标识条码信息的RGB/RGBA图像。
进一步的，水印提取流程包括以下步骤：
S1、读取图像：读取隐含碳标识条码信息的RGB/RGBA图像，并将RGB/RGBA图像转换为YUV矩阵组；
S2、矩阵切片：将YUV矩阵组的V分量划分为含有若干m×n子矩阵块的矩阵切片组v’；
S3、提取维度匹配的矩阵：根据所述碳标识条码的尺寸维度，从矩阵切片组v’中提取尺寸维度一致的若干m×n子矩阵块，这些若干m×n子矩阵块组成矩阵组M；
S4、提取水印：遍历矩阵组M，对其中的每个m×n子矩阵块执行时频变换得到结果矩阵F_M，根据每个m×n子矩阵块所处坐标记录，从结果矩阵F_M还原出所述乱序水印矩阵A’；
S5、反向Arnold变换：对乱序水印矩阵A’执行反向Arnold变换，变换参数为T2中的提取密钥，最终得到所述碳标识条码。
进一步的，乱序水印矩阵A’中i行j列的元素记作wm，其对应的结果矩阵块I（1,1）坐标的特征值记作s，所述嵌入规则包括以下步骤：
T41、依次对所有wm及对应的s进行判断，如果wm>0且s<0则转到T42，如果wm≤0且s>0则转到T43，其它情况转到T44，直到所有wm判断完成转到T45；
T42、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值改为1，返回T41；
T43、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值改为-1，返回T41；
T44、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值不变，返回T41；
T45、把修改后的若干结果矩阵块I组合成所述矩阵F_V’。
进一步的，所述T4和S4中的时频变换皆为快速DCT变换。
进一步的，所述m×n子矩阵块为4×4的矩阵块。
进一步的，所述提取密钥包括参数x、y、n，x、y分别为矩阵A的行坐标、列坐标，n为Arnold变换的迭代次数。
进一步的，所述水印矩阵A维度的长宽一致，其维度并满足以下公式：
Length_A≤min[a，b]/4，其中Length_A为水印矩阵A最大维度长度，a、b分别为所述原始图像的长度像素值、宽度像素值。
进一步的，一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法。
进一步的，一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法具有以下有益效果：
（1）本发明所述的水印嵌入流程通过将信息转化为二维码并采用Arnold变换和精确的时频域控制实现了水印的隐蔽嵌入，最终通过复杂处理生成含有二维码信息的彩色图像，确保了水印的安全性和隐蔽性，又维护了原图的视觉质量；
（2）本发明所述的水印提取流程读取含有二维码信息的图像、对其进行YUV转换和矩阵分割，然后通过时频变换和坐标记录从图像中提取乱序水印矩阵，最后使用Arnold变换的逆过程恢复出原始碳标识条码，有效且快速地从处理过的彩色图像中恢复出原始水印，保证了水印信息的完整性和可读性；
（3）本发明所述的嵌入规则通过判断乱序后的水印矩阵与原图特征值，适时调整图像区域值以完成水印嵌入，从而确保水印隐蔽性并最小化对原图影响，提高了水印的安全性和稳定性，同时保持了原图的视觉质量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：
图1为本发明实施例所述的水印嵌入流程图示意图；
图2为本发明实施例所述的水印提取流程图示意图；
图3为本发明实施例所述的嵌入规则流程图示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，目的将二维码0/1矩阵信息，隐写入RGB/RGBA彩色图像。水印方法通过水印嵌入流程在彩色电子图像中碳标识条码信息，并通过对应的水印提取流程从彩色电子图像中提取碳标识条码信息。
实施例1，如图1所示水印嵌入流程包括以下步骤：
T1、生成水印矩阵：将需要嵌入的数据信息转换为碳标识条码，生成水印矩阵A，目的在于确保要嵌入的信息能以二维码的形式表示，从而实现信息的编码和嵌入；
T2、Arnold变换：对水印矩阵A执行Arnold变换，得到乱序水印矩阵A’，并将变换参数记为提取密钥，目的在于增加水印的安全性，通过混淆原始水印信息来防止未授权访问；
T3、图像预处理：将原始图像的RGB/RGBA数据矩阵转换为YUV编码形式，提取其V分量形成浓度矩阵V*，并将浓度矩阵V*划分为含有若干m×n子矩阵块的矩阵切片组V'，目的在于从原始图像中提取适合嵌入水印的颜色空间，有助于保持原始图像的视觉质量；
T4、水印嵌入：将乱序水印矩阵A’中每个元素对应于矩阵切片组V'中的m×n子矩阵块进行时频变换，生成对应的结果矩阵块I，将所有结果矩阵块I组成结果矩阵组F_V，按照嵌入规则对结果矩阵组F_V进行修改得出矩阵F_V’，将矩阵F_V’逆变换回时域并更新矩阵切片组V'得到新矩阵切片组V”，目的在于对图像的时频域进行操作来隐蔽地嵌入信息；
T5、返回图像：把新矩阵切片组V”组重新拼合为新浓度矩阵V**，并将新浓度矩阵V**作为新V分量，与T1中的YU分量一起重新编码为隐含碳标识条码信息的RGB/RGBA图像，目的在于将处理后的图像数据重组回原始格式，完成了水印嵌入过程。
具体的，乱序水印矩阵A’中i行j列的元素记作wm，其对应的结果矩阵块I（1,1）坐标的特征值记作s，如图3所示嵌入规则包括以下步骤：
T41、依次对所有wm及对应的s进行判断，如果wm>0且s<0则转到T42，如果wm≤0且s>0则转到T43，其它情况转到T44，直到所有wm判断完成转到T45；
T42、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值改为1，返回T41；
T43、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值改为-1，返回T41；
T44、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值不变，返回T41；
T45、把修改后的若干结果矩阵块I组合成所述矩阵F_V’。
特别的，若所有的wm和s满足T44的情况，那么结果矩阵组F_V就完全没有进行任何变动，该情况下表示原始图像已经隐藏了目标碳标识条码信息，这可能会影响水印的有效嵌入，但根据多次实验验证发现出现该情况的概率极低，可以认为是几乎不可能发生的小概率事件。
实施例2，基于实施例1中水印嵌入流程，如图2所示其反向的水印提取流程包括以下步骤：
S1、读取图像：读取隐含碳标识条码信息的RGB/RGBA图像，并将RGB/RGBA图像转换为YUV矩阵组；
S2、矩阵切片：将YUV矩阵组的V分量划分为含有若干m×n子矩阵块的矩阵切片组v’；
S3、提取维度匹配的矩阵：根据所述碳标识条码的尺寸维度，从矩阵切片组v’中提取尺寸维度一致的若干m×n子矩阵块，这些若干m×n子矩阵块组成矩阵组M，目的在于确保提取的子矩阵块与原始嵌入的水印尺寸相匹配；
S4、提取水印：遍历矩阵组M，对其中的每个m×n子矩阵块执行时频变换得到结果矩阵F_M，根据每个m×n子矩阵块所处坐标记录，从结果矩阵F_M还原出所述乱序水印矩阵A’，目的在于确保从修改过的图像中准确地恢复出原始的水印信息；
S5、反向Arnold变换：对乱序水印矩阵A’执行反向Arnold变换，变换参数为T2中的提取密钥，最终得到所述碳标识条码，目的在于恢复原始的水印信息。
可选的，T4和S4中的时频变换皆为快速DCT变换。m×n子矩阵块为4×4的矩阵块。
具体的，提取密钥包括参数x、y、n，x、y分别为矩阵A的行坐标、列坐标，n为Arnold变换的迭代次数。水印矩阵A维度的长宽一致，其维度并满足以下公式：Length_A≤min[a，b]/4，其中Length_A为水印矩阵A最大维度长度，a、b分别为所述原始图像的长度像素值、宽度像素值。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述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单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：水印方法通过水印嵌入流程在彩色电子图像中碳标识条码信息，并通过对应的水印提取流程从彩色电子图像中提取碳标识条码信息，水印嵌入流程包括以下步骤：
T1、生成水印矩阵：将需要嵌入的数据信息转换为碳标识条码，生成水印矩阵A；
T2、Arnold变换：对水印矩阵A执行Arnold变换，得到乱序水印矩阵A’，并将变换参数记为提取密钥；
T3、图像预处理：将原始图像的RGB/RGBA数据矩阵转换为YUV编码形式，提取其V分量形成浓度矩阵V*，并将浓度矩阵V*划分为含有若干m×n子矩阵块的矩阵切片组V'；
T4、水印嵌入：将乱序水印矩阵A’中每个元素对应于矩阵切片组V'中的m×n子矩阵块进行时频变换，生成对应的结果矩阵块I，将所有结果矩阵块I组成结果矩阵组F_V，按照嵌入规则对结果矩阵组F_V进行修改得出矩阵F_V’，将矩阵F_V’逆变换回时域并更新矩阵切片组V'得到新矩阵切片组V”；
T5、返回图像：把新矩阵切片组V”组重新拼合为新浓度矩阵V**，并将新浓度矩阵V**作为新V分量，与T1中的YU分量一起重新编码为隐含碳标识条码信息的RGB/RGBA图像。
2.根据权利要求1所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：水印提取流程包括以下步骤：
S1、读取图像：读取隐含碳标识条码信息的RGB/RGBA图像，并将RGB/RGBA图像转换为YUV矩阵组；
S2、矩阵切片：将YUV矩阵组的V分量划分为含有若干m×n子矩阵块的矩阵切片组v’；
S3、提取维度匹配的矩阵：根据所述碳标识条码的尺寸维度，从矩阵切片组v’中提取尺寸维度一致的若干m×n子矩阵块，这些若干m×n子矩阵块组成矩阵组M；
S4、提取水印：遍历矩阵组M，对其中的每个m×n子矩阵块执行时频变换得到结果矩阵F_M，根据每个m×n子矩阵块所处坐标记录，从结果矩阵F_M还原出所述乱序水印矩阵A’；
S5、反向Arnold变换：对乱序水印矩阵A’执行反向Arnold变换，变换参数为T2中的提取密钥，最终得到所述碳标识条码。
3.根据权利要求2所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：乱序水印矩阵A’中i行j列的元素记作wm，其对应的结果矩阵块I（1,1）坐标的特征值记作s，所述嵌入规则包括以下步骤：
T41、依次对所有wm及对应的s进行判断，如果wm>0且s<0则转到T42，如果wm≤0且s>0则转到T43，其它情况转到T44，直到所有wm判断完成转到T45；
T42、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值改为1，返回T41；
T43、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值改为-1，返回T41；
T44、结果矩阵块I的（1,1）坐标的值不变，返回T41；
T45、把修改后的若干结果矩阵块I组合成所述矩阵F_V’。
4.根据权利要求2所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：所述T4和S4中的时频变换皆为快速DCT变换。
5.根据权利要求2所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：所述m×n子矩阵块为4×4的矩阵块。
6.根据权利要求2所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：所述提取密钥包括参数x、y、n，x、y分别为矩阵A的行坐标、列坐标，n为Arnold变换的迭代次数。
7.根据权利要求2所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法，其特征在于：所述水印矩阵A维度的长宽一致，其维度并满足以下公式：
Length_A≤min[a，b]/4，其中Length_A为水印矩阵A最大维度长度，a、b分别为所述原始图像的长度像素值、宽度像素值。
8.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-7任一所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法。
9.一种计算机可读取存储介质，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权利要求1-7任一项所述的一种用于彩色图像隐写碳标识条码的水印方法。
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