摘 要: 在分析打印掃描過程對載體圖像影響的基礎(chǔ)上,,提出一種結(jié)合DWT和SVD變換技術(shù)的零水印算法,。該算法結(jié)合打印掃描的特性,,利用圖像相鄰分塊的最大奇異值的大小關(guān)系與水印信息構(gòu)造出版權(quán)信息,然后將版權(quán)信息進(jìn)行注冊,。實(shí)驗(yàn)表明,,該算法對打印掃描具有較強(qiáng)的魯棒性,并且能夠判斷是否為二次復(fù)印,。
關(guān)鍵詞: 零水?。?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/離散小波變換" title="離散小波變換" target="_blank">離散小波變換,;奇異值分解,;打印掃描
打印機(jī)和掃描機(jī)的廣泛使用,使得印刷品的安全問題變得日益嚴(yán)重,。因此,,鑒別非法印刷品和復(fù)制品,以防止在經(jīng)濟(jì)上帶來重大的損失,,有效的防偽技術(shù)顯得尤為重要[1],。
數(shù)字水印技術(shù)在不改變現(xiàn)有成熟的印刷工藝、不改變印刷材料與設(shè)備的基礎(chǔ)上就能達(dá)到有效防偽的效果,,因此,,數(shù)字水印技術(shù)在防偽印刷領(lǐng)域具有其特別的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的數(shù)字水印技術(shù)是將特定信息嵌入到數(shù)字作品中,,然后提取或者檢查所嵌入的特定信息,,以驗(yàn)證版權(quán)所有者。而水印的嵌入不可避免會造成圖像失真,,尤其圖像經(jīng)過打印掃描過程中的復(fù)雜攻擊下,,水印可能消失。零水印[2-3]技術(shù)卻能很好地解決這一個(gè)問題。
零水印技術(shù)是利用圖像的重要特征來構(gòu)造版權(quán)信息,,而不是修改圖像的這些特征,,從而很好地解決了數(shù)字水印的不可感知性和魯棒性之間的矛盾。本文在分析打印掃描對圖像影響的基礎(chǔ)上,,提出一種新的基于DWT和SVD變換的零水印算法,,該算法通過對圖像分塊奇異值的分解[4],利用兩相鄰塊的最大奇異值的大小關(guān)系,,結(jié)合水印信息構(gòu)造出版權(quán)信息,。實(shí)驗(yàn)表明,圖像在經(jīng)過打印掃描后,,該算法能有效地提取出水印,,具有一定的魯棒性,并且能夠有效檢測非法復(fù)制品,。
1 水印算法
1.1 打印掃描的模型
打印掃描模型如圖1所示,。在打印掃描的過程中,一張?jiān)紙D像經(jīng)過打印機(jī)的半色調(diào)處理,,輸出的圖像只是大體上和原始圖像一致,,局部細(xì)節(jié)上有一定的失真。因?yàn)榘肷{(diào)復(fù)合點(diǎn)的形狀,、紙張的吸水特性和光滑度,、網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)散等因素造成復(fù)合點(diǎn)變化,使輸出的圖像模糊,,這就會使打印掃描后圖像的像素失真,,對水印提取造成困難。因此,,本文在經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)測試后,,利用圖像分塊奇異值分解后的最大奇異值的大小關(guān)系幾乎保持不變的特性,結(jié)合水印信息構(gòu)造出版權(quán)信息,。
1.2 奇異值分解
應(yīng)用SVD的主要理論背景是:(1)奇異值的穩(wěn)健性好,,即當(dāng)圖像被施加小的擾動時(shí),圖像的奇異值不會有大的變化,;(2)奇異值所表現(xiàn)的是圖像的內(nèi)蘊(yùn)特性而非視覺特性,。因此,利用奇異值構(gòu)造零水印具有很好的穩(wěn)健性,。
從線性代數(shù)的角度,,一幅灰度圖像可以看成是一個(gè)非負(fù)矩陣。若一幅圖像用A表示,,定義為A=RM×N,,其R表示實(shí)數(shù)域,則矩陣A的奇異值分解定義如下[5]:
(5)將得到的矩陣P與加密水印W′進(jìn)行“異或”運(yùn)算,得到版權(quán)信息圖,,然后將其存儲到知識產(chǎn)權(quán)信息庫中,,就可以認(rèn)為版權(quán)得到保護(hù)了。
1.5 零水印的檢測算法
(1)將經(jīng)過打印掃描后的圖像I′進(jìn)行一級DWT處理,,得到低頻子圖CA′,。
(2)對低頻子圖CA′按式(5)分塊奇異值分解。
(3)比較相鄰的Si′中的第一個(gè)元素Si′(1,1)的大小關(guān)系,,按式(6)構(gòu)造出矩陣P′,。
(4)將矩陣P′與版權(quán)信息圖進(jìn)行“異或”運(yùn)算,然后根據(jù)初始值進(jìn)行逆置亂,,得到水印標(biāo)記W1,。
(5)利用相關(guān)系數(shù)NC,設(shè)定一個(gè)閾值來鑒別是否為非法復(fù)制品,。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本文在MATLAB7.0上實(shí)現(xiàn),,選取了512×512的Lena圖作為載體圖像,以32×32的二值圖為水印,。水印置亂的初始值x0為0.5,,當(dāng)作密鑰保存,。圖像使用EPSON 1390打印機(jī)在普通打印紙上打印輸出,,然后用漢王掃描儀掃描輸入,分辨率為400 dpi,,將掃描后的數(shù)字圖像調(diào)整為512×512,。
載體圖像和水印圖像,以及利用載體圖像和水印信息構(gòu)造出來的加密版權(quán)信息,,其結(jié)果如圖2所示,。
經(jīng)過一次打印掃描后如圖3(a)的圖像、如圖3(b)非原載體圖像與如圖3(c)使用版權(quán)信息圖來提取的水印,,水印相關(guān)值分別為0.883和0.01,。
通過分析以上結(jié)果可知,正確地提取水印必須有正確的密鑰與正確的載體圖像,,否則將無法正確得到,。
圖4是將一次打印掃描后的載體圖像進(jìn)行隨意涂改,然后進(jìn)行水印提取,,其水印相關(guān)值為0.819,。
從以上結(jié)果可知,載體在小面積的隨意涂改后,,還能正確提取出水印,,可見本算法可滿足印刷品實(shí)際應(yīng)用。
表1為lena圖像經(jīng)過多次打印掃描后提取水印的相關(guān)值。由表中數(shù)據(jù)表明,,根據(jù)不同載體圖像取適當(dāng)?shù)拈撝稻湍芎芎玫貦z測出盜版印刷品,,達(dá)到防偽印刷的效果。
本文在分析打印掃描對圖像的影響后,,結(jié)合DWT和SVD的特點(diǎn),,提出一種利用相鄰分塊的最大奇異值的大小關(guān)系,獲得載體特征信息,,與水印信息構(gòu)造出版權(quán)信息的新方法,。實(shí)驗(yàn)表明,本算法能夠滿足防偽印刷的要求,。
參考文獻(xiàn)
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[4] 李迎江,,楊波,高山武.基于分塊奇異值分解的圖像水印算法[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),,2009(307).
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