CN1945623A - 数字图像分块局部加密的可去除可见水印方法 - Google Patents

数字图像分块局部加密的可去除可见水印方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种数字图象分块局部加密的可去除可见水印方法，将二值水印图像的每个象素对应于载体灰度图像中的4×4大小的象素小块，对黑象素对应的小块中的部分象素进行加密处理，得到含半透明水印的图像，嵌入方与恢复方拥有共同的密钥或密钥发生器，发送方根据密钥将二值数字水印图像半透明地嵌入在载体图像中，载体图像可以是数码相机拍摄的景物图像、医学CT或磁共振图像、卫星遥感图像等，并公开此含有数字水印的图像；当恢复方得到含水印图像后，便可以根据同样的密钥除去二值水印图像恢复出原始载体图像。该方法操作简便，对原始载体图象没有损害，恢复方解密容易，具有较好的防盗版保护性。

Description

数字图像分块局部加密的可去除可见水印方法
技术领域
本发明涉及一种对数字图像处理的计算机技术方法。
背景技术
数字图像中的半透明可见水印可以用于标识载体图像的版权归属。目前绝大多数的可见水印算法都是根据水印图像的灰度值来调整载体图像的灰度值，可参阅如下论文：
1.B.Huang，and S.Tang，A Contrast-Sensitive Visible Watermarking Scheme，IEEE trans.Multimedia，13(2)，pp.60-66，2006.
2.A.Lumini，and D.Maio，Adaptive positioning of a visible watermarkin a digital image，IEEE International Conference on Multimedia and Expo，ICME 2004，vol.2，pp.967-970，2004.
3.Y.Hu，and S.Kwong，Wavelet domain adaptive visible watermarking，Electronics Letters，37(20)，pp.1219-220，2001.
上述文献记载的方法虽可嵌入可见水印，但是不能从含水印图像中完全清除水印图像，即对载体图像造成了不可恢复的损害。
发明内容
本发明根据当前可见水印方法存在的缺陷，提出一种水印图像嵌入方法简便，恢复原始载体图容易，对原始载体图像无损害的数字图像可见水印方法。
本发明采用的方法与现存技术有显著不同，通过保持每个小块中的部分象素值并根据密钥加密其余象素值使嵌入水印具有半透明效果，并可根据含水印图像、水印和密钥无误恢复原始载体图像。
本发明提供一种可以在灰度或彩色图像中嵌入可去除可见水印以及恢复原始载体图像的方法。嵌入方与恢复方拥有共同的密钥或密钥发生器，发送方根据密钥将二值数字水印图像半透明地嵌入在载体图像中，载体图像可以是数码相机拍摄的景物图像、医学CT或磁共振图像、卫星遥感图像等，并公开此含有数字水印的图像；当恢复方得到含水印图像后，便可以根据同样的密钥除去二值水印图像恢复出原始载体图像。
为达到以上目的，本发明将二值水印图像的每个象素对应于载体灰度图像中的4×4大小的象素小块(本发明中用坐标位置表示象素：象素(i，j)意为位于图像第i行第j列的象素)，根据密钥对黑象素对应的小块中的部分象素进行加密处理，得到含半透明水印的图像，接收方根据水印对含水印图像中的部分象素进行解密处理就可得到原始载体图像。该方案分为两大部分，一是嵌入方的水印嵌入操作，二是接收方的提取与恢复操作。具体方案如下：
a)嵌入方首先将二值水印图像的每个象素按位置关系依次对应于载体灰度图像中的4×4大小的象素小块；
b)如果水印图像象素值为白，则保持其对应的载体图像小块中的象素全部不变；
c)如果水印图像象素值为黑，则保持其对应的载体图像小块中的象素部分不变，并加密其余象素，具体方法如下：根据密钥在该小块中伪随机选择S个象素，S表示嵌入强度，其值在1至16之间，将每个选出的象素灰度变为8比特形式，根据密钥为每个选出的象素产生8比特的伪随机码，将此码与原始灰度的8比特形式做异或运算，将得到的8比特转为十进制值，得到加密后的结果作为含水印图像的该象素的灰度；
d)接收方得到含水印图像后，可以根据相同的密钥、二值水印图像、嵌入强度恢复原始载体图像，具体方法如下：首先将二值水印图像的每个象素按位置关系依次对应于含水印图像中的4×4大小的象素小块，如果水印图像象素值为白，则保持其对应象素块不变；如果水印图像象素值为黑，则根据密钥在该小块中选出同样的S个象素，将每个选出的象素灰度变为8比特形式，再根据密钥为每个选出的象素产生同样的8比特伪随机码，将此码与象素灰度的8比特形式做异或运算，将得到的8比特转为十进制值，即解密后的结果为原始图像的该象素的灰度值。
载体图像是彩色图像或多谱图像，嵌入方与接收方可以将彩色或多谱图像的每个颜色分量看作一幅灰度图像，处理每个黑象素对应的小块时在不同颜色分量中选出相同的S个象素，并在不同分量中分别进行分块局部加密嵌入可见水印及分块局部解密恢复原始载体图像。
本发明的有益效果在于可以在灰度或彩色图像中嵌入可去除可见水印及恢复原始载体图像。嵌入方与恢复方拥有共同的密钥或密钥发生器，发送方根据密钥将二值数字水印图像半透明地嵌入在载体图像中，载体图像可以是数码相机拍摄的景物图像、医学CT或磁共振图像、卫星遥感图像等，并公开此含有数字水印的图像；当恢复方得到含水印图像后，便可以根据同样的密钥除去二值水印图像恢复出原始载体图像。该方法操作简便，对原始载体图象没有损害，恢复方解密容易，具有较好的防盗版保护性。
附图说明
图1是本发明的实施例的原始载体图像。
图2是本发明的实施例的二值水印图像。
图3是本发明将图2嵌入到图1中嵌入强度S＝8的含水印图像。
具体实施例
以下结合附图描述利用本发明添加可见水印、去除可见水印的一个实例。
载体灰度图像如图1所示，大小为512×512；二值水印图像如图2所示，大小为128×128。实施步骤如下：
a)嵌入方首先将二值水印图像的每个象素按位置关系依次对应于载体灰度图像中的4×4大小的象素小块；例如水印图像象素(1，1)对应于载体图像象素块(1～4，1～4)、水印图像象素(1，2)对应于载体图像象素块(1～4，5～8)、水印图像象素(2，1)对应于载体图像象素块(5～8，1～4)，如果载体图像的长或宽大于水印图像长或宽的4倍，则对水印图像做周期延拓处理，如果载体图像的长或宽不足水印图像长或宽的4倍，则对水印图像做截断处理；
b)保持水印图像白象素对应的载体图像小块中的象素全部不变，例如水印图像象素(1，1)、(1，2)、(1，3)、...为白色，那么载体图像象素块(1～4，1～4)、(1～4，5～8)、(1～4，9～12)、...保持不变；
c)对水印图像黑象素对应的载体图像小块进行部分加密，例如水印图像象素(10，60)为黑，其对应载体图像象素块(37～40，237～240)，象素灰度值为
136 134 139 137 136 135 136 137 136 133 132 136 136 132 136 136
在嵌入强度S＝8的情况下，根据密钥选出8个象素(37，237)、(37，239)、(38，238)、(38，239)、(39，237)、(39，240)、(40，237)、(40，239)，其象素值的二进制形式分别为10001000、10001011、10000111、10001000、10001000、10001000、10000111、10001000，根据密钥产生8个伪随机码10110100、01101110、01011100、11101000、01101111、01011010、11100010、10010101，分别做异或运算为00111100、11100101、11011011、01100000、11100111、11010010、01100101、00011101，即60、229、219、96、231、210、101、29，因此该图像块变为
60 134 229 137 136 219 96 137 231 133 132 210 101 132 29 136
对其余黑象素对应的载体图像小块也做类似处理，得到的含水印图像如图3；
d)接收方得到含水印图像后(图3)，可以根据相同的密钥、二值水印图像、嵌入强度恢复原始载体图像，即保持水印图像白象素对应的含水印图像小块不变，对水印图像黑象素对应的含水印图像小块进行部分解密：例如水印图像象素(10，60)为黑，其对应载体图像象素块(37～40，237～240)，象素灰度值为
60 134 229 137 136 219 96 137 231 133 132 210 101 132 29 136
根据S＝8和密钥选出8个象素(37，237)、(37，239)、(38，238)、(38，239)、(39，237)、(39，240)、(40，237)、(40，239)，其象素值为60、229、219、96、231、210、101、29，二进制形式分别为00111100、11100101、11011011、01100000、11100111、11010010、01100101、00011101，根据密钥产生8个伪随机码10110100、01101110、01011100、11101000、01101111、01011010、11100010、10010101，分别做异或运算为10001000、10001011、10000111、10001000、10001000、10001000、10000111、10001000，即136、139、135、136、136、136、135、136，因此原始图像块为
136 134 139 137 136 135 136 137 136 133 132 136 135 132 136 136
对其余黑象素对应的载体图像小块也做类似处理，可得到原始载体图像如图1。
嵌入不同强度的水印图像其方法与本实施例相同。

Claims (2)

1一种数字图象分块局部加密的可去除可见水印方法，其特征在于：一是嵌入方的水印嵌入操作，二是接收方的提取与恢复操作。具体方案如下：
a)嵌入方首先将二值水印图像的每个象素按位置关系依次对应于载体灰度图像中的4×4大小的象素小块；
b)如果水印图像象素值为白，则保持其对应的载体图像小块中的象素全部不变；
c)如果水印图像象素值为黑，则保持其对应的载体图像小块中的象素部分不变，并加密其余象素，具体方法如下：根据密钥在该小块中伪随机选择S个象素，S表示嵌入强度，其值在1至16之间，将每个选出的象素灰度变为8比特形式，根据密钥为每个选出的象素产生8比特的伪随机码，将此码与原始灰度的8比特形式做异或运算，将得到的8比特转为十进制值，得到加密后的结果作为含水印图像的该象素的灰度；
d)接收方得到含水印图像后，可以根据相同的密钥、二值水印图像、嵌入强度恢复原始载体图像，具体方法如下：首先将二值水印图像的每个象素按位置关系依次对应于含水印图像中的4×4大小的象素小块，如果水印图像象素值为白，则保持其对应象素块不变；如果水印图像象素值为黑，则根据密钥在该小块中选出同样的S个象素，将每个选出的象素灰度变为8比特形式，再根据密钥为每个选出的象素产生同样的8比特伪随机码，将此码与象素灰度的8比特形式做异或运算，将得到的8比特转为十进制值，即解密后的结果为原始图像的该象素的灰度值。
2根据权利要求1所述的数字图象分块局部加密的可去除可见水印方法，其特征在于：载体图像是彩色图像或多谱图像，嵌入方与接收方可以将彩色或多谱图像的每个颜色分量作为一幅灰度图像，处理每个黑象素对应的小块时在不同颜色分量中选出相同的S个象素，并在不同分量中分别进行分块局部加密嵌入可见水印及分块局部解密恢复原始载体图像。
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