CN1512438A - 一种基于数字水印的文件防伪方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字水印的文件防伪方法及其装置，在证件类文件制作过程中将一个预先设计的不可见数字水印嵌入所述文件中，形成防伪证件；在对防伪证件进行鉴别时，用图象扫描/摄取装置对证件中人像部分进行扫描，并提取水印，根据扫描/摄取图象中是否含有预先设计的数字水印判断证件的真伪；其中，在由打印/印刷制作的证件上印有证件持有人的数字人像照片，数字水印嵌入数字人像照片中，数字水印是由证件的ID号通过密钥加密后作为种子产生的随机序列。该方法与其装置不仅可以抵抗打印扫描过程引起的图象几何畸变和像素值严重失真带的诸多问题，而且其计算量小、使用简单、操作方便、可靠性强。

Description

一种基于数字水印的文件防伪方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种文件防伪技术及其装置，尤其涉及一种利用数字水印技术对证件进行防伪的技术及其实施该技术的装置。

背景技术

信息技术的发展和高质量图象输入输出设备的进步，特别是高精度彩色喷墨、激光打印机和高精度扫描仪的普及，在为人们的工作和生活带来了许多便利的同时，也使身份证、学位证、毕业证、工作证、护照、驾照等各种与身份有关证件的伪造及篡改变得越来越容易。利用假证件进行违法活动的案例屡见不鲜，有关资料显示，在美国，每年有约50万人受害于假文件、假证件，直接或间接财政损失约有7.5亿美元。在中国国内证件造假的非法活动逐年呈上升趋势。我国政府在采取一系列措施打击假冒伪造的同时，也在大力发展多种多样的防伪技术，如激光打印和光刻、激光全息图、激光防伪、特制水印纸防伪、荧光防伪、磁性防伪及各种油墨防伪等。这些防伪技术在一定程度上起到了防伪作用。但由于现代新技术的飞速发展，伪造者的仿造技术水平也在不断提高，使仿造这些防伪标识物成为可能。由此可见，印刷防伪技术必须突破材料、设计和专用印刷技术的局限性，增加高科技含量，才能提高证件的防伪性能。

在现有技术中，已有利用数字图象版权保护和认证的数字水印技术，但是在一般如证件这样的最终要经过打印输出形成印刷品。因此，现有的数字水印认证过程在抵抗打印—扫描过程引起的图象的几何畸变和像素值严重失真方面还存在诸多问题。一般而言，像素值失真主要源于打印的D/A过程中数字图象的半色调处理和扫描的A/D过程的影响，几何畸变则主要是由扫描过程引起的旋转、缩放和平移失真。

已有学者提出了几种抗几何畸变的水印算法。O’Ruanaidh等人最先提出了一种基于Fourier-Mellin变换的水印方案。该方案首先计算图像的DFT，DFT系数的幅值对图像的空域平移具有不变性；然后，通过对数极坐标映射将DFT系数的幅度从直角坐标变换到对数极坐标，这样，图像在空域的缩放和旋转分别被变换成对数极坐标下的水平位移和垂直位移；最后，再计算对数极坐标下的DFT系数的DFT，这样得到的变换系数的幅值对图像的平移、缩放和旋转都具有不变性。Lin等人提出了类似的方案，所不同的是，该方案不是计算两次DFT，而是将水印嵌入在对数极坐标下的DFT系数的幅值中，在检测时将原始水印与提取的水印在所有圆周移位上进行比较，以确定旋转的角度。上述两种方案，对于连续图像的平移、缩放和旋转具有“严格的”不变性。但遗憾的是，对于数字图像，由于像素是分布在离散的网格点上的，在从直角坐标到对数极坐标的变换过程中，新坐标的采样点的像素值需要通过原坐标相邻点像素值的内插来重构，由此引入较大的误差和图像质量的下降，即含水印图象与原始图象的失真较大。

另一类方案是基于模板匹配的方法。Pereira等人提出的是频域模板，Su等人提出的时域模板。其基本思想是：在嵌入水印的同时，嵌入一个模板，模板不包含任何信息，其作用是跟踪图像所经历的仿射变换，在水印检测时，先计算原始模板与图像中模板的相关，求出图像经历的几何畸变，然后将图像做反变换，再提取水印。这类方法的一个主要缺点是：用穷尽搜索法进行模板匹配，对于二维图像，计算量极大。

在中国专利CN1183693A中公开了一种图象水印保护方案中，该发明中的水印用于数字图象的版权保护，在解决标记图象(含水印图象)的旋转和缩放的校距的问题，使用了一个相关参考平面，先通过人工目测将标记图象和相关参考平面粗略对准，记录旋转角度和缩放系数，对标记图象进行反旋转和反缩放；然后，改变缩放系数和旋转角度，通过计算机迭代搜索匹配方法进行精确对准。该方法的缺点是：迭代匹配运算量大；旋转角度间隔为2°，误差较大。在美国专利US6246777B1中，该发明中的数字水印用于数字图象防篡改保护的，含水印图象被修改后，嵌入其中的水印也改变。水印无法抵抗打印—扫描过程引起的几何畸变和像素值失真。美国专利US6263086B1也公开了另一种方案，该发明可以从打印出的含水印图象中恢复出水印。其方案是在图象中嵌入一个周期性的大小为90×90(像素点，下同)的不可见水印。检测时用扫描仪对打印出的水印图象进行扫描，先计算整幅扫描图象的全局自相关函数，通过搜索峰值得到图象初步的缩放系数和旋转角度；然后选择一个大小为100×50的移动窗函数，平行移过整幅扫描图象，得到图象的一个剪切块，计算图象块的局部自相关函数，通过搜索峰值得到图象精确的缩放系数和旋转角度，从而恢复水印。对于二维图像，计算全局自相关函数和各个子块的自相关函数，计算量极大。对于证件类照片，由于其幅面一般尺寸较小，不大于150×150，容量有限，不适合嵌入周期性的水印。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于数字水印技术的证件防伪方法及实现该方法的装置，能够抵抗打印/扫描过程中引起的图象几何畸变和像素值严重失真问题，其计算量较小，实施方便、可靠。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于数字水印的文件防伪方法，包括如下步骤：

步骤一，在文件制作过程中将一个预先设计的不可见数字水印嵌入所述文件中，形成防伪文件；

步骤二，在对所述防伪文件进行鉴别时，用图象扫描/摄取装置对所述文件进行扫描，并提取所述水印，根据扫描/摄取图象中是否含有预先设计的数字水印判断所述文件的真伪；

其特征在于：在步骤一中，所述文件为一由打印/印刷制作的证件，在所述证件上印有所述证件持有人的数字人像照片，所述数字水印嵌入所述数字人像照片中，所述数字水印是由所述证件的ID号通过密钥加密后作为种子产生的随机序列；在步骤二中，扫描至少是针对所述文件中人像部分进行的。

上述的文件防伪方法，其特点在于：在数字水印的嵌入步骤中是采用强度自适应的离散余弦变换DCT系数局部调整法，将所述数字水印嵌入到所述数字人像的分块DCT中频系数中。

上述的文件防伪方法，其特点在于：所述水印嵌入进一步包括如下步骤：

将图象分成8*8的块，对每个图象块做DCT，得到8*8个DCT系数；

采用DCT中频系数局部调整法来嵌入所述数字水印，每个8*8图象块嵌入9比特的信息，具体嵌入算法：

当Bi＝1时，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3+d_j

当Bi＝-1时，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3-d_j

其中d_j(j＝1，2，3)为嵌入强度，Bi代表要嵌入的第i位比特信息，Ai1、Ai2、Ai3代表嵌入Bi的相邻的三个DCT中频系数

将每组随机序列如上重复嵌入至少4次；

对修改后的DCT系数，作逆离散余弦变换IDCT。

上述的文件防伪方法，其特点在于：在所述数字水印的嵌入步骤中数字水印嵌入强度是根据人眼的纹理掩蔽特性和亮度特性进行自适应调整的。

上述的文件防伪方法，其特点在于：在所述水印嵌入强度调整步骤中，进一步包括：

先将原始的数字照片分成8×8的图象块；

根据图象块的亮度变化率和亮度相对变化率，将图象块分为边缘块(j＝1)、平滑区(j＝2)和随机纹理区(j＝3)三类，并考虑亮度影响，嵌入强度为：

                d′_j＝d_j+α(0.5-mean_j)²，j＝1，2，3

式中，mean_j为第j块的归一化均值，根据人眼的纹理掩蔽特性，d₁＜d₂＜d₃。

上述的文件防伪方法，其特点在于：在步骤二中的水印提取过程中，进一步包括通过图象边界的RADON变换来实现图象的几何失真矫正的步骤。

上述的文件防伪方法，其特点在于：几何失真矫正的步骤进一步包括：

对扫描/摄取的图象提取扫描图象的边界；

对图象边界进行RANDON投影变换，RANDON变换的极值对应着图象边界直线相对于垂直线的偏转角度θ；

对扫描图象反转θ，实现旋转矫正；

根据图象边界，计算扫描图象的大小，通过双立方插值，恢复图象的原始尺寸。

上述的文件防伪方法，其特点在于：在检测所述证件中是否存在水印的步骤中，采用如下相似度计算步骤：

输入证件ID号，采用与嵌入时相同的算法，产生原始水印序列B；

进行相似度计算，利用公式 $\mathrm{Sim}(B,B^{\′})=B^{\′}\×B/\sqrt{B\×B},$ 计算恢复出的水印序列B′与原始水印序列B的相似度，将相似度值与门限进行比较，判定证件真伪。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种实现上述方法的设备，其特点在于：

一证件制作装置，用于形成数字图象，并将水印嵌入所述数字图象中，并印制出一含有所述图象的证件；

一证件真伪判别装置，用于将一证件中人像形成数字图象，并通过水印提取和比较进行证件真伪判别。

上述的设备，其特点在于：所述证件制作装置，进一步包括：

一图象输入装置，用于将原始照片或实物人像生成数字图象；

一水印生成与嵌入装置，用于生成一水印并嵌入由所述图象输入装置输出的所述数字图象中；

一证件印制装置，用于将所述水印嵌入装置输出的含水印图象印制成一带有人像的证件。

采用上述方法和装置，可以将作为识别标志的水印以视觉不可见的形式隐藏在证件人像中，在自然光和外界光源下人眼无法察觉，只有通过计算机软件或特定的检测设备才可识别，使伪造者难以仿冒伪造；同时由于使用一个或多个密钥生成水印，未经授权者不能检测出水印，提高了系统的安全性；采用上述方法由于其算法计算量较小，对使用该方法的装置条件要求不高，使用方便，特别是对证件的印刷设备无特殊要求，不会增加证件的印刷成本。

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施例。

附图说明

图1是本发明的证件制作流程示意图。

图2是本发明的证件鉴别流程示意图。

图3是本发明的水印生成流程示意图。

图4是本发明的水印嵌入过程示意图。

图5是本发明的图象块分类器算法流程图。

图6是本发明的水印提取过程示意图。

图7a、图7b、图7c是本发明图象边界提取及其RADON变换示意图。

图8a是本发明第一实施例中预用于制作证件的原始照片。

图8b是将图8a中原始照片嵌入水印后的照片。

图8c是对图8b中含水印照片进行相似度检测的结果图。

图8d是是打印扫描后的含水印照片。

图8e是对图8d中含水印照片相似度检测的结果图。

图9a是经加噪处理的打印扫描后的含水印照片。

图9b是对图9a所示照片的相似度检测的结果图

图10是对不含水印照片的检测结果图。

其中，附图标记说明如下：

原始照片100，数字水印200，水印嵌入模块300，含水印照片400，打印输出装置500，证件600，图象输入设备700，数字照片800，水印提取模块900，真伪判别模块1000；

其中，数字水印进一步包括：证件ID号201，加密算法器202，加密后形成的种子203，随机序列产生器204；

其中，数字水印嵌入模块300，进一步包括：图象分块模块301，图象分类器302，嵌入强度选择模块303，DCT系数生成模块304、嵌入算法生成模块305，IDCT系数生成模块306；

其中，水印提取模块900，进一步包括：几何失真矫正模块901，分块DCT模块，提取算法模块903，相似度计算模块904。

具体实施方式

在图1中揭示了一种证件(如护照)的制作流程，用数码相机拍摄该证件持有人的照片，在此称为原始照片100，将一个不可见的数字水印200，输入水印嵌入模块300嵌入到该证件持有人的数字照片中，得到含水印照片400，然后用打印设备500输出形成该证件600。

在图2所示的证件鉴别过程中，证件600通过图象输入设备700(扫描仪或数码相机)，转换成数字照片800，对数字照片800利用水印提取模块900进行水印提取操作，并根据真伪判别模块对该数字照片中是否含有预先设计的水印来判断该证件的真伪。

在图3中，进一步说明了本发明采用的水印200的生成过程。本发明的水印200的结构采用二进制随机序列。由于二进制随机序列的自相关值比互相关值大的多，自相关期望值和二进制随机序列长度的平方根成正比，互相关值一般不会超过4，当取判决门限值T＝4时，导致随机产生的随机序列和原始水印相似的误判决的概率很小，即采用随机序列作为数字水印，其唯一性是可以确定的。

该水印序列产生的具体步骤是：输入该证件持有人的ID号201，为提高保密性，通过加密算法模块202，得到种子203，通过随机序列产生器204产生长度为N的(0，1)随机序列，再将0替换为-1，得到(-1，1)组成的随机序列作为最终的水印200。

图4是本发明所示水印嵌入模块的示意图。由于证件照片尺寸较小，水印的嵌入容量很有限(尤其是黑白照片)。为了保证水印的不可见性，嵌入的容量和强度不能太大；但为了保证水印经过打印—扫描后仍能被检测出来，又要求嵌入足够量和足够强度的水印。为最大限度地挖掘图象的水印嵌入容量，水印嵌入的强度不是固定的，而是根据人眼的纹理掩蔽特性和亮度特性进行自适应调整。在原始的数字照片中嵌入水印可看作是在强背景上加入弱的噪声(水印)。只要噪声低于人类视觉系统的对比度门限，人眼就无法感觉出噪声的存在，即水印是不可见的。先利用分块模块30l将原始数字照片100分成8×8的图象块，然后通过一个分类器302，根据人眼的纹理掩蔽特性，将该图象块分为：平滑区、随机纹理区和边缘区三类。

图5是图象块分类器算法流程图。首先计算图象子块k的亮度变化率C_k，

$C_k=\underset{i,j=1}{\overset{n_k}{\mathrm{\Σ}}}|l_{\mathrm{ik}}-l_{\mathrm{jk}}|/n_k$

其中，n_k表示图象子块k中像素的数量，l_ki，l_jk表示2个相邻像素的亮度分量值。

亮度变化率C_k反映了图象子块内部亮度变化的大小和快慢，计算出每个区域的C_k后，就可以根据设定的阈值T₁将图象子块划分成“平滑区”(C_k＜T₁)和“纹理复杂区”(C_k＞T₁)。

根据图象子块的内部特征对图象进行了初次分类后，再根据图象子块间的特性的差异，通过计算图象子块的亮度相对变化率V_k，对纹理复杂区做进一步分类。

对于图象子块k，其亮度相对变化率V_k，由下式求得：

$V_k=\frac{R_k}{L_k}$

其中，L_k为该子块的平均亮度， $L_k=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{l}_{\mathrm{ik}}/n_k,$ R_k为子块k与其所有相邻的8个子块亮度变化率差值的均方根， $R_k=\sqrt{\underset{m=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{(C_m-C_k)}^2/8}.$

子块的亮度相对变化率V_k，反映了该子块与周围子块在亮度变化上的差异。相对变化率较高的区域对应“边缘区”，对人眼理解图像意义非常关键；相对变化率较低的区域一般为一些相近的纹理(如衣服上的花纹)，对人眼理解图像意义作用不大，称为“随机纹理区”。

据以上分析，边缘区包含了图象的最重要的信息，人眼对图象边缘区域的噪声非常敏感，因此边缘区的嵌入强度d₁应最小；人眼对随机纹理区的噪声不敏感，嵌入强度d₃可较大。平滑区块的嵌入强度d₂介于前两者之间。本发明中，取d₁＝5，d₂＝10，d₃＝15。

此外，人眼对图象在中等亮度时的噪声最敏感，当向低亮度和高亮度两个方向变化时，人眼敏感度将下降。为此，考虑亮度影响的嵌入强度303为：

          d′_j＝d_j+α(0.5-mean_j)²，j＝1，2，3

式中，mean_j为第j块的归一化均值。

考虑到图象经打印扫描后的亮度、对比度的绝对值变化较大，而相对值化较小，因此本发明在水印嵌入运算模块306中采用了离散余弦变换(DCT)中频系数局部调整法，其嵌入步骤如下：

(1)将图象分成8×8的块，对每个图象块做DCT，得到8×8个DCT系数305，

(2)采用DCT中频系数局部调整法306来嵌入水印，每个8×8图象块嵌入9bit信息。具体的嵌入算法为：

当Bi＝1时，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3+d_j

当Bi＝-1时，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3-d_j

其中d_j(j＝1，2，3)为嵌入强度，Bi代表要嵌入的第i位比特信息，Ai1、Ai2、Ai3代表嵌入Bi的相邻的三个DCT中频系数。

(3)为提高鲁棒性，将每组随机序列如上重复嵌入4次。

(4)对修改后的DCT系数，利用IDCT模块307作IDCT，得到最后的含水印照片400。

在图6中，本发明的水印提取过程如下。先将证件600通过图象输入设备700(扫描仪或数码相机)，转换成数字照片800。数字照片800经过打印—扫描过程，是原始照片经过旋转、缩放和平移后并含有噪声的失真版本。因此，要从数字照片800中正确提取出水印，首先需要解决的一个关键性问题是图象的几何失真矫正。本发明在水印提取模块900中设置有几何失真矫正模块901，利用Mathworks公司的MATLAB软件，通过图象边界的RADON变换来实现图象的几何矫正，其处理步骤如下：

(1)对扫描得到的图象图(参见图7a)，利用MATLAB软件中的edge函数提取图象边界，见图7b；

(2)利用MATLAB软件中的radon函数对边界图象进行RANDON投影变换，(参见图7c)，RANDON变换在θ＝2.2°处有两个峰值，对应着图象边界左右两条直线相对于垂直线的偏转角度θ；

(3)对扫描图象反转θ；实现旋转矫正，矫正误差可达±0.1°；

(4)根据图象边界，计算扫描图象的大小，通过双立方插值，恢复图象的原始尺寸。

对矫正后的图象按如下步骤检测是否含有水印：

将图象按8×8分块，做DCT902；

按下面的算法903提取水印；

如果  Ai2≥(Ai1+Ai2+Ai3)/3，则Wi＝1；

如果  Ai2＜(Ai1+Ai2+Ai3)/3，则Wi＝-1；

这里，Wi为提取的嵌入信息。

把提取的每位信息的4次结果进行平均，确定嵌入的信息B′_j；

输入证件ID号，采用与嵌入时相同的算法，产生原始水印序列B；

相似度计算模块904，利用公式 $\mathrm{Sim}(B,B^{\′})=B^{\′}\×B/\sqrt{B\×B},$ 计算恢复出的水印序列B′与原始水印序列B的相似度，将相似度值与门限T进行比较，判定真伪。

在图8所示的实施例中，图8a为证件持有人的原始数字照片，是128×128的灰度图象，ID号为“110108199304268931”18位十进制数，记为(ID)₁₈，以(ID)₁₈作为原始种子，先将(ID)₁₈的每位十进制数用4位二进制数表示，得到72位二进制数(ID)₇₂；再选一个72位二进制数作为私钥(K)₇₂，与(ID)₇₂进行异或，(ID)′₇₂＝(ID)₇₂(K)₇₂；然后，将(ID)′₇₂转换成18位十进制数(ID)′₁₈，取(ID)′₁₈的前6位数作为种子K₁，7~10位数作为种子K₂，11~14位数作为种子K₃，15~18位数作为种子K₄。分别以K₁、K₂、K₃和K₄为种子，产生4组长度为144的(0，1)随机序列，再将0替换为-1，得到(-1，1)组成的随机序列作为最终的水印。将这4组水印信息，重复嵌入4次，得到含水印照片图8b。为了说明了水印的唯一性，把从8b中提取出的4组水印相继与随机序列库中的100组随机序列做相似度计算，在这100组随机序列中，4组原始水印序列所处的位置分别为20，40，60，80。相似度计算结果见图8c。4组水印所在处响应为12，而其它相关值均不超过门限值4。

将含水印照片用HP Laser jet 5M打印机以600dpi分辨率在普通打印纸上打印输出，再用Cano Scan N676U扫描仪以150dpi分辨率扫描输入，得到的扫描照片如图8d所示。从图8d中提取的水印的相似度计算结果见图8e。从图8d中可以观察打印扫描引起的图象失真，但从图8e可看出，该算法能可靠地检测到嵌入的水印。

在图9所示的实施例中，考虑到证件在实际使用中有可能产生一些污损，为此采用加噪来模拟污损情况，图9a是先经过加噪处理，再进行打印扫描后得到的含水印照片，提取的水印的相似度计算结果见图9b。从水印的相似度响应值上，仍可以清晰地判断水印的有无。

图10为照片中不含水印的检测结果，其相关值均不超过门限值4。

本发明与其他防伪技术相比具有以下特点：(1)作为识别标志的水印以视觉不可见的形式隐藏在证件人像中，在自然光和外界光源下人眼无法察觉，只有通过计算机软件或特定的检测设备才可识别，使伪造者难以仿冒伪造；(2)使用一个或多个密钥生成水印，未经授权者不能检测出水印，提高了系统的安全性；(3)本发明采用防伪技术，其嵌入的数字水印能抵抗打印扫描过程引起的像素值失真和几何畸变；(4)对实现本发明防伪技术的印刷设备无特殊要求，不会增加印刷成本。本发明所采用的防伪技术，特别是对解决身份证、学位证、毕业证、工作证、护照、驾照等各种与身份有关证件的伪造的问题能起到积极有效的作用。

Claims (10)

1、一种基于数字水印的文件防伪方法，包括如下步骤：

步骤一，在文件制作过程中将一个预先设计的不可见数字水印嵌入所述文件中，并打印输出，形成防伪文件；

步骤二，在对所述防伪文件进行鉴别时，用图象扫描/摄取装置对所述文件进行扫描，并提取所述水印，根据扫描/摄取图象中是否含有预先设计的数字水印判断所述文件的真伪；

其特征在于：在步骤一中，所述文件为一由打印/印刷制作的证件，在所述证件上印有所述证件持有人的数字人像照片，所述数字水印嵌入所述数字人像照片中，所述数字水印是由所述证件的ID号通过密钥加密后作为种子产生的随机序列；在步骤二中，扫描至少是针对所述文件中人像部分进行的。

2、根据权利要求1所述的文件防伪方法，其特征在于：在数字水印的嵌入步骤中是采用强度自适应的离散余弦变换DCT系数局部调整法，将所述数字水印嵌入到所述数字人像的分块DCT中频系数中。

3、根据权利要求2所述的文件防伪方法，其特征在于：所述水印嵌入进一步包括如下步骤：

将图象分成8*8的块，对每个图象块做DCT，得到8*8个DCT系数；

采用DCT中频系数局部调整法来嵌入所述数字水印，每个8*8图象块嵌入9比特的信息，具体嵌入算法：

当Bi＝1时，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3+d_j

当Bi＝-1时，Ai2＝(Ai1+Ai2+Ai3)/3-d_j

其中d_j(j＝1，2，3)为嵌入强度，Bi代表要嵌入的第i位比特信息，Ai1、Ai2、Ai3代表嵌入Bi的相邻的三个DCT中频系数。

将每组随机序列如上重复嵌入至少4次；

对修改后的DCT系数，作逆离散余弦变换IDCT。

4、根据权利要求1、2或3所述的文件防伪方法，其特征在于：在所述数字水印的嵌入步骤中数字水印嵌入强度是根据人眼的纹理掩蔽特性和亮度特性进行自适应调整的。

5、根据权利要求4所述的文件防伪方法，其特征在于：在所述水印嵌入强度调整步骤中，进一步包括：

先将原始的数字照片分成8×8的图象块；

根据图象块的亮度变化率和亮度相对变化率，将图象块分为边缘块(j＝1)、平滑区(j＝2)和随机纹理区(j＝3)三类，并考虑亮度影响，嵌入强度为：

                       d′_j＝d_j+α(0.5-mean_j)²，j＝1，2，3

式中，mean_j为第j块的归一化均值，根据人眼的纹理掩蔽特性，d₁＜d₂＜d₃。

6、根据要求1、2、3或5所述的文件防伪方法，其特征在于：在步骤二中的水印提取过程中，进一步包括通过图象边界的RADON变换来实现图象的几何失真矫正的步骤。

7、根据要求1、2、3或5所述的文件防伪方法，其特征在于：几何失真矫正的步骤进一步包括：

对扫描/摄取的图象提取扫描图象的边界；

对图象边界进行RANDON投影变换，RANDON变换的极值对应着图象边界直线相对于垂直线的偏转角度θ；

对扫描图象反转θ，实现旋转矫正；

根据图象边界，计算扫描图象的大小，通过双立方插值，恢复图象的原始尺寸。

8、根据要求7所述的文件防伪方法，其特征在于：在检测所述证件中是否存在水印的步骤中，采用如下相似度计算步骤：

输入证件ID号，采用与嵌入时相同的算法，产生原始水印序列B；

进行相似度计算，利用公式 $\mathrm{Sim}(B,B^{\′})=B^{\′}\×B/\sqrt{B\×B},$ 计算恢复出的水印序列B′与原始水印序列B的相似度，将相似度值与门限进行比较，判定证件真伪。

9、一种采用权利要求1、2、3、5或8所述方法的设备，其特征在于：

一证件制作装置，用于形成数字图象，并将水印嵌入所述数字图象中，并印制出一含有所述图象的证件；

一证件真伪判别装置，用于将一证件中人像形成数字图象，并通过水印提取和比较进行证件真伪判别。

10、根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述证件制作装置，进一步包括：

一图象输入装置，用于将原始照片或实物人像生成数字图象；

一水印生成与嵌入装置，用于生成一水印并嵌入由所述图象输入装置输出的所述数字图象中；

一证件印制装置，用于将所述水印嵌入装置输出的含水印图象印制成一带有人像的证件。

Images