一種圖像水印檢測方法及其系統的製作方法

2023-10-08 21:33:14 1

專利名稱：一種圖像水印檢測方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像數字水印技術，尤其涉及一種圖像水印檢測方法及其系統。
背景技術：
伴隨著數字拍照技術的發展和電子商務、數字出版、新聞門戶和社交網站等網際網路應用的普及，數字圖片已成為人們日常生活的一部分。數字圖片的一個基本屬性是非常容易複製，因此帶來了嚴重的數字版權盜版威脅。保護數字圖片版權的一種技術方法是採用數字版權管理(Digital RightsManagement，簡稱DRM)系統。DRM工作原理是數字圖片提供者利用密鑰對圖片進行加密保 護，同時建立授權中心控制數字圖片的傳播。這意味著DRM保護數字圖片版權需要在一個相對封閉的環境中進行，假如有DRM系統內的惡意用戶將數字圖片傳播到系統之外，DRM系統就無能為力了。可見，DRM技術難以應用在當今社會的開放環境中。保護數字圖片版權另一種有效的方法是採用圖像數字水印技術，版權所有者首先將版權所有者信息嵌入到圖片中，在發現侵權後可提請第三方檢測侵權圖片所包含的版權所有者信息，從而達到震懾版權侵權的作用。在圖像數字水印技術具體應用中，在檢測某個數字圖片是否包含水印信息或者水印信息的部分內容時，一般難以獲得該圖片對應的原始圖片。這就要求所採用的圖像數字水印技術可以進行盲檢測，即便在不使用原始圖片信息的情況下也能夠進行檢測。圖像數字水印盲檢測所面臨的最大挑戰一般是幾何攻擊，即對包含水印的圖片進行旋轉、縮放、剪切等操作以期使圖片可能包含的版權水印信息無法檢測出來。針對幾何攻擊，圖像水印檢測算法的對策一般是先檢測出圖像載體包含的模板水印，通過模板水印信息確定圖像可能遭受的幾何攻擊參數，然後恢復出未受幾何攻擊的原始圖像載體再進行下一步的水印信息檢測。目前已有的盲檢測圖像數字水印算法大多無法有效解決幾何裁剪攻擊，尤其是在裁剪攻擊和旋轉、縮放攻擊結合的情況下。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是需要提供一種抵抗幾何攻擊圖像水印檢測方法及其系統。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種圖像水印檢測方法及其系統。根據本發明的一方面，提供了一種圖像水印檢測方法。該圖像水印檢測方法包括步驟一，提取待檢測圖像中包含的水印信號，作為第一水印信號；步驟二，對所述第一水印信號進行自相關函數計算，以生成自相關函數圖像；步驟三，將參考布局信息與所述自相關函數圖像分別映射到對數極坐標系中，獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點；步驟四，根據所述最大坐標點的坐標值，對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像；以及步驟五，基於在所述校正圖像中各與基準水印模板所構成的圖像形狀大小相一致的區域、與基準水印模板之間的各相關值中的最大相關值，判斷該校正圖像中是否包含基準水印信號，其中，所述參考布局信息是在圖像的水印信號嵌入過程中附加至圖像的具有設定規則的信息。根據本發明另一方面的圖像水印檢測方法，還包括在所述步驟一中，將所述待檢測圖像的灰度直方圖均衡化，獲得均衡化圖像；以及基於所述均衡化圖像提取所述待檢測圖像中包含的所述第一水印信號。根據本發明另一方面的圖像水印檢測方法，還包括在所述步驟一中，通過對所述均衡化圖像進行預測濾波來獲取所述待檢測圖像中的高頻率部分，作為第一水印信號。根據本發明另一方面的圖像水印檢測方法，通過高斯高通濾波器或巴特沃斯高通濾波器來進行預測濾波。根據本發明另一方面的圖像水印檢測方法，若判斷出所述校正圖像含有基準水印信號，則獲取校正圖像中的水印信號並對其進行解碼輸出。
根據本發明另一方面的圖像水印檢測方法，在所述步驟三中，對所述參考布局信息與所述自相關函數圖像的映射結果進行匹配濾波以獲得使得二者的線性相關值最大的最大坐標點。根據本發明另一方面的圖像水印檢測方法，根據所述最大坐標點的坐標值來獲得用於表徵所述待檢測圖像受到的幾何攻擊的幾何攻擊參數，利用所述幾何攻擊參數對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像。根據本發明的又一方面，還提供了一種圖像水印檢測系統，包括提取模塊(21)，其提取待檢測圖像中包含的水印信號，作為第一水印信號；計算模塊(22)，其獲取相關值最大的最大坐標點；校正模塊(23)，其根據所述最大坐標點的坐標值，對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像；以及判斷模塊(24)，其基於在所述校正圖像中各與基準水印模板所構成的圖像形狀大小相一致的區域、與基準水印模板之間的各相關值中的最大相關值，判斷該校正圖像中是否包含基準水印信號；所述計算模塊(22)通過如下處理來獲取相關值最大的最大坐標點對所述第一水印信號進行自相關函數計算，以生成自相關函數圖像；將參考布局信息與所述自相關函數圖像分別映射到對數極坐標系中，獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點；其中，所述參考布局信息是在圖像的水印信號嵌入過程中附加至圖像的具有設定規則的信息。根據本發明又一方面的圖像水印檢測系統，其中，所述計算模塊(22)對所述參考布局信息與所述自相關函數圖像的映射結果進行匹配濾波以獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點。根據本發明又一方面的圖像水印檢測系統，其中，所述校正模塊(23)根據所述最大坐標點的坐標值來獲得表徵所述待檢測圖像受到的幾何攻擊的幾何攻擊參數，利用所述幾何攻擊參數對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像。簡而言之，針對已有盲檢測圖像算法的這種不足，本發明提供一種圖像水印檢測方法及其系統。該方法根據待檢測圖像預先嵌入的參考布局信息計算出待檢測圖像經受的旋轉、縮放等幾何攻擊的幾何攻擊參數。然後，根據旋轉、縮放等幾何攻擊的幾何攻擊參數將待檢測圖像進行恢復，恢復出校正圖像，該方法將校正圖像與基準水印模板進行相關性匹配，確定待檢測圖像是否包含基準水印模板，如果包含的話則解碼出所包含的水印信號。
與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明的圖像數字水印檢測方法能夠抵抗合理範圍內的旋轉、剪切和縮放複合幾何攻擊；本發明中圖像數字水印檢測方法的基準水印模板可作為密鑰使用，在不知道密鑰的情況下攻擊者即使知道了檢測算法也無法檢測或抹掉水印；本發明中圖像數字水印檢測算法計算量最大的部分是卷積計算，而卷積計算可以藉助運算速度快的快速傅立葉變換實現，這就使得本算法能夠獲得較快的計算速度。本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
雖然在下文中將結合一些示例性實施及使用方法來描述本發明，但本領域技術人員應當理解，為並不旨在將本發明限制於這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權利要求書所定義的本發明的精神與範圍內的所有替代品、修正及等效物。


附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中圖I是根據本發明第一實施例的圖像水印檢測方法的流程示意圖；圖2是根據本發明第二實施例的圖像水印檢測系統的結構示意圖；圖3是根據本發明實施例的自相關函數生成的圖像示例。
具體實施例方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。需要說明的是，只要不構成衝突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特徵可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護範圍之內。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，並且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟。第一實施例圖I示出根據本發明第一實施例的圖像水印檢測方法的流程示意圖。下面參考圖I來說明本實施例的各步驟。提取待檢測圖像中包含的水印信號。待檢測圖像在之前的水印嵌入過程中，已經嵌入了水印信號。由於待檢測圖像可能已經受到了幾何攻擊，因此所提取的水印信號也可能是受到幾何攻擊影響的水印信號。為了便於說明，下方中將從待檢測圖像中所提取的水印信號簡稱為第一水印信號。具體細節將在下述步驟110與步驟120中進行說明。需要說明的是，本實施例的待檢測圖像中，預先附加了參考布局信息。例如，可以在之前對待檢測圖像嵌入水印信號的過程中，對待檢測圖像嵌入同步模板，其中，該同步模板可以是一個大小與待檢測圖像相等的定義了脈衝峰值點的圖像。再如，也可以在之前對待檢測圖像嵌入水印信號的過程中，先在所要嵌入的水印信息中有規則地(但不可見地)布局若干脈衝峰值點，只要使得在附加規則的參考布局信息後，待檢測圖像中所嵌入的水印信息區域能夠表現出一定規則的布局信息即可。簡而言之，參考布局信息是在圖像的水印信號嵌入過程中附加至圖像的具有一定(設定)規則的信息，此處的一定規則可為任意預設的規則。步驟110，將待檢測圖像的灰度直方圖均衡化，獲得均衡化圖像。具體地，首先，提取所述待檢測圖像的灰度信息作為待檢測圖像數據。若待檢測圖像為彩色圖像，則將其轉化到YUV色彩空間模型上，然後提取模型上的Y通道信息作為待檢測圖像數據；若待檢測圖像為灰度圖像，則直接將其灰度信息作為待檢測圖像數據。具體地，對於BMP、JPG、PNG等格式的數字彩色圖片的輸入，首先將數字彩色圖片 進行解碼，然後將解碼後的圖像進行YUV顏色空間轉換。其中，YUV顏色空間模型中「Y」表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰度值；而「U」和「V」表示的是色度(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及飽和度，用於指定像素的顏色。將由RGB顏色空間模板所表示的解碼後的圖像進行顏色空間轉換，也就是將RGB顏色空間模板上的信息轉換到YUV顏色空間上，顏色空間轉換如下式所示，在進行顏色空間變換後，提取Y通道信息灰度值作為待檢測圖像數據進行輸入。Y = O. 299R+0. 587G+0. 114BU = 0.492 (B-Y)V = O. 877 (R-Y)獲取所得待檢測圖像數據的灰度直方圖，然後將灰度直方圖進行直方圖均衡化，以獲得灰度直方圖被均衡化後的圖像。具體地，根據待檢測圖像的灰度值統計待檢測圖像的灰度在各個灰度級上出現的次數，以得到灰度直方圖，然後採用自適應直方圖均衡的方法進行直方圖均衡化，以使得均衡處理後圖像灰度分布的概率密度函數P (S) = 1，亦即所有圖像灰度級出現的概率相同。需要說明的是，圖像的灰度直方圖是對圖像的所有像素的灰度分布按灰度值的大小顯示其出現頻率的一種統計圖，一般使用二維坐標系來表示。對灰度直方圖進行均衡化是減少圖像的灰度等級以換取對比度的擴大，通過對直方圖進行均勻化修正，使圖像的灰度間距增大或灰度均勻分布、增大反差，使圖像的細節變得清晰。步驟120，基於步驟110所得的均衡化圖像提取待檢測圖像中的水印信號，簡稱為
第一水印信號。可以通過對均衡化圖像進行預測濾波來提取第一水印信號。優選地，本實施例採用高斯高通濾波，高斯高通濾波的過程可包括對均衡化圖像進行高斯低通濾波，再計算均衡化圖像與高斯低通濾波後圖像的殘差值，以獲取所述待檢測圖像中高頻率部分，將所獲取的高頻率部分作為第一水印信號。更優選地，高斯低通濾波的模板如下所示
[12 Γ—24 216
I 2 I具體地，高斯低通濾波的處理方法是用模板中不同的係數乘以像素，從係數值上看，模板中的一些像素比另一些更為重要。從上式可看出，表示3 X 3的濾波器，處於濾波器中心位置的像素比其他任何像素的係數值都要大。而距離濾波器中心較遠的其他像素就顯得不太重要，由於對角項距離中心比正交方向相鄰的像素更遠，所以它的重要性比中心直接相鄰的四個像素低。上述中模板中的所有係數的和應為16，因為它是2的整數次冪便於計算機實現。此外，本步驟中，除了採用高斯高通濾波器外，還可以採用巴特沃斯高通濾波器等來進行預測濾波，甚至還可以由自然圖像概率分布模型推導出來。步驟130，對步驟120中所提取的待檢測圖像中的水印信號進行自相關函數計算，以生成自相關函數圖像，記為f(U，V)。公式可如下
權利要求
1.一種圖像水印檢測方法，其特徵在於，包括 步驟一，提取待檢測圖像中包含的水印信號，作為第一水印信號； 步驟二，對所述第一水印信號進行自相關函數計算，以生成自相關函數圖像； 步驟三，將參考布局信息與所述自相關函數圖像分別映射到對數極坐標系中，獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點； 步驟四，根據所述最大坐標點的坐標值，對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像；以及步驟五，基於在所述校正圖像中各與基準水印模板所構成的圖像形狀大小相一致的區域、與基準水印模板之間的各相關值中的最大相關值，判斷該校正圖像中是否包含基準水印信號， 其中， 所述參考布局信息是在圖像的水印信號嵌入過程中附加至圖像的具有設定規則的信息
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟一中， 將所述待檢測圖像的灰度直方圖均衡化，獲得均衡化圖像；以及 基於所述均衡化圖像提取所述待檢測圖像中包含的所述第一水印信號。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在所述步驟一中， 通過對所述均衡化圖像進行預測濾波來獲取所述待檢測圖像中的高頻率部分，作為第一水印信號。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於， 通過高斯高通濾波器或巴特沃斯高通濾波器來進行預測濾波。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於， 若判斷出所述校正圖像含有基準水印信號，則獲取校正圖像中的水印信號並對其進行解碼輸出。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的方法，其特徵在於， 在所述步驟三中，對所述參考布局信息與所述自相關函數圖像的映射結果進行匹配濾波以獲得使得二者的線性相關值最大的最大坐標點。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於， 根據所述最大坐標點的坐標值來獲得用於表徵所述待檢測圖像受到的幾何攻擊的幾何攻擊參數，利用所述幾何攻擊參數對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像。
8.一種圖像水印檢測系統，其特徵在於，包括 提取模塊(21)，其提取待檢測圖像中包含的水印信號，作為第一水印信號； 計算模塊(22)，其獲取相關值最大的最大坐標點； 校正模塊(23)，其根據所述最大坐標點的坐標值，對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像；以及 判斷模塊(24)，其基於在所述校正圖像中各與基準水印模板所構成的圖像形狀大小相一致的區域、與基準水印模板之間的各相關值中的最大相關值，判斷該校正圖像中是否包含基準水印信號； 所述計算模塊(22)通過如下處理來獲取相關值最大的最大坐標點 對所述第一水印信號進行自相關函數計算，以生成自相關函數圖像；將參考布局信息與所述自相關函數圖像分別映射到對數極坐標系中，獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點； 其中， 所述參考布局信息是在圖像的水印信號嵌入過程中附加至圖像的具有設定規則的信肩、O
9.根據權利要求8所述的一種圖像水印檢測系統，其特徵在於， 所述計算模塊(22)對所述參考布局信息與所述自相關函數圖像的映射結果進行匹配濾波以獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點。
10.根據權利要求8或9所述的一種圖像水印檢測系統，其特徵在於， 所述校正模塊(23)根據所述最大坐標點的坐標值來獲得表徵所述待檢測圖像受到的幾何攻擊的幾何攻擊參數，利用所述幾何攻擊參數對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像。
全文摘要
本發明公開了一種圖像水印檢測方法及其系統，該方法包括提取待檢測圖像中包含的水印信號，作為第一水印信號；對所述第一水印信號進行自相關函數計算，以生成自相關函數圖像；將參考布局信息與所述自相關函數圖像分別映射到對數極坐標系中，獲得使得二者線性相關值最大的最大坐標點；根據所述最大坐標點的坐標值，對待檢測圖像進行恢復以得到校正圖像；基於在所述校正圖像中各與基準水印模板所構成的圖像形狀大小相一致的區域、與基準水印模板之間的各相關值中的最大相關值，判斷該校正圖像中是否包含基準水印信號。本發明的圖像數字水印檢測方法能夠抵抗合理範圍內的旋轉、剪切和縮放等複合幾何攻擊，安全性高。
文檔編號G06T1/00GK102956025SQ20111024830
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者餘偉華, 姚寒星 申請人:北京中盈信安科技發展有限責任公司