基於數字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法

2023-07-26 06:51:46 2

專利名稱：基於數字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法
技術領域：
本發明屬於防偽與信息安全技術領域，特別涉及用於印刷品防偽，選取二值條碼 的一部分作為水印嵌入到被保護的印刷品中，然後利用手機對含有水印的印刷品進行拍 照，通過無線網絡傳輸到認證系統後實現正品與仿品的鑑別的印刷品防偽圖像的防偽認證方法。
背景技術：
數字信息革命給人類的社會和生活帶來了深刻的變化，同時也帶來了新的挑戰和 創新機遇。多媒體技術和網絡技術的發展，使得數位化聲音、文本、圖像、音樂和視頻等電子 出版物可以被快速準確地獲取、傳輸和存儲，這些已成為信息交流，尤其是網上信息交流的 重要方式。然而，我們平時接觸的圖像、文字大部分還是通過印刷輸出，如商標產品包裝、證 件、影音製品封面、貨幣、票據、名片、護照等等。雖然傳統印刷技術保證了印刷品的同一性， 但假冒者仍可按常規的作業方式輕易地複製這些印刷包裝品，擾亂了市場秩序，嚴重損害 了生產者與消費者的合法權益。數字水印作為一種潛在的解決方案得到廣泛的關注，並成為國內外學術界一個熱 門研究領域。數字水印是通過向多媒體數據中添加某些數字信息以達到文件真偽鑑別、版 權保護等功能，嵌入的水印信息不影響原始文件的完整性，可以通過檢測或提取水印信息 證明文件的真實性，既能達到良好的防偽效果，又能有效地降低成本。與傳統的僅適用於保 護數位化信息的防偽技術相比，將數字水印技術應用於印刷品或產品包裝防偽領域，具有 實用性強、檢測速度快、安全性高、成本低等特點，使得應用前景更加廣闊。條碼可以標示出商品的生產日期、廠商名稱、類別以及價格等信息。常見的條碼是 由反射率相差很大的黑條(簡稱條)和白條(簡稱空)組成，鑑於其製作容易，信息採集速 度快，檢測設備結構簡單，成本低以及容易修復等特點，因此，採用二維條碼作為實際應用 水印是一種廣泛的應用。大多數加密技術和數字水印方法僅僅對圖像提供數字域的防偽功能，不能抵抗幾 何攻擊和類似於列印掃描等攻擊。如果將嵌入水印後的圖像以列印後的紙質形式傳輸，當 經過檢測系統檢測水印信息時，水印已經隨圖像一起經歷了列印/印刷、掃描/拍照等數 模-模數轉換過程，同時，這個過程引入了大量噪聲(如掃描抖動噪聲、熱噪聲、隨機噪聲 等)，使水印在提取前受到很大程度上的破壞。將數字水印技術應用於印刷品防偽，不僅要 求算法不可見性較好，並且要求算法能夠抵抗一次列印/印刷、掃描/拍照過程帶來的信息 損失，同時要求對二次列印/印刷、掃描/拍照後，產品不再含有有效水印，這使得數字水印 技術在印刷防偽領域的應用變得更加具有挑戰性。

發明內容
本發明所解決的技術問題是提供一種能夠抵抗一次列印/印刷、掃描/拍照過程 帶來了的信息損失，而二次列印/印刷、掃描/拍照後，水印信息將丟失，不僅具有真偽識別
4功能，同時還具有抗偽造效果的印刷品防偽圖像的防偽認證方法。為解決上述的技術問題，本發明採取的技術方案本發明的特殊之處在於首先將二值條碼進行處理後，嵌入到載體圖像，然後，經 一次列印後成為正版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法 讀取水印，以鑑別印刷品的真偽，從而達到防偽目的。上述的防偽認證方法通過以下步驟實現(1)、二值條碼的生成對原始條碼W進行修剪處理，分為嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息 W2，其中，嵌入的水印部分信息Wl的大小為原始條碼W的54%，將其嵌入到載體圖像中，起 到版權證明的作用，然後通過水印檢測方法從被拍照後的載體圖像中提取出水印信息W1』， 將其與保留的水印部分信息W2進行合併形成條碼W』，最後採用最大隸屬度原則，對條碼W』 進行修正，得到修正後的二值條碼水印圖像；(2)、防偽圖像的生成根據載體圖像與步驟(1)所得到的二值條碼水印圖像的大小關係對載體圖像進 RkXk分塊，對每一個分塊進行離散餘弦變換，得到分塊DCT係數矩陣；將每一個分塊DCT 係數矩陣的係數值按照Zig-Zag進行排序，選取嵌入的水印的起始位置為s，嵌入的長度為 21，對每一個分塊的DCT係數重複地嵌入1次Ibit信息，設分塊後按Zig-Zag排序的一維 係數矩陣為Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由於列印前後幅值較小 DCT係數變化較明顯，因此，在進行水印嵌入前先對所選係數中幅值較小的係數進行修正， 設修改的幅值強度為d，d > 0，當所選係數的幅值的絕對值小於d，則將係數的幅值修改為 d，正負號不變，某一分塊對應的要嵌入水印信息為1時，修改係數滿足Pt (i) XPt (1+i) > 0當要嵌入水印信息為0時，修改係數滿足Pt (i) XPt (1+i) 0，則提取出的水印信息為1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，則提 取出的水印信息為0，最後根據歸一化相似度計算公式計算從圖片中提出的水印圖像和原 始水印圖像的相似度，只有提取出水印的相似度的閾值達到86%時，才認為水印提取成功， 認定該印刷品為真品，否則說明印刷品是偽品。上述的步驟(3)中提取出的條碼水印信息可能會出現錯碼，對提取出的條碼水印通過模糊數學理論中最大隸屬度原則進行了糾正，其過程如下定義提取出水印為W'」，其 對水印信息為1的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為1的個數/1對水印信息為0的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為0的個數/1若水印信息為1的隸屬度大於水印信息為0的隸屬度，則判定W' j為1，否則為 O0與現有技術相比，本發明的有益效果1.基於手機拍照認證的印刷品防偽技術具有很多傳統防偽印刷技術所不具備的 獨特性質由於嵌入印刷品中的水印是不可見的，因此隱藏性、安全性好，利用手機實現檢 測，設備方便，具有可移動性等，有廣闊的應用前景。2.實現了特殊的防偽功能能夠抵抗一次列印/印刷、掃描/拍照過程帶來了的 信息損失，而二次列印/印刷、掃描/拍照後，水印信息將丟失，不僅具有真偽識別功能，同 時還具有抗偽造效果。3.相對於傳統的印刷品防偽，本發明根據人的視覺特性，選擇在頻率域對圖像視 覺不敏感的區域，通過修改係數符號的正負性來嵌入二值條碼水印，保證嵌入水印前後的 圖像視覺差異最小。4.在水印嵌入前，先對水印條碼進行修剪預處理；在水印提取時，採用最大隸屬 度原則對條碼進行修正，以上措施保證了圖像在受到外界不同攻擊情況下能最大限度地恢 復水印信息。


圖1為水印修剪分解圖；圖2為水印替換分解圖；圖3為水印嵌入與檢測系統框圖；圖4為服務用戶過程流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明首先將二值條碼進行處理後，嵌入到載體圖像，然後，經一次列印後成為正 版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法讀取水印，以鑑別印 刷品的真偽，從而達到防偽目的。如圖4所示，基於手機拍照認證印刷品防偽系統的實施過程，分為如下的步驟進 行描述1)完成將水印信息嵌入待保護圖像；2)經過列印/印刷處理，應用帶拍照功能的 手機或數位相機對印刷品水印信息採集；3)將採集到的信息發送至認證中心後，通過檢測 系統檢測印刷品真偽，並將結果反饋於用戶。具體實施步驟如下(1)、二值條碼的生成對原始條碼W進行修剪處理，如圖1所示，分為嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息W2，其中，如圖2所示，嵌入水印部分信息Wl的大小為原始條碼W的54%，將 其嵌入到載體圖像中，起到版權證明的作用，然後通過水印檢測方法從拍照後的載體圖像 中提取出水印信息Wl，，將其與保留水印部分信息W2進行合併形成條碼W』，最後採用最大 隸屬度原則，對W』進行修正，得到修正後的二值條碼水印圖像。(2)、防偽圖像的生成根據載體圖像與步驟(1)所得到的二值條碼水印圖像的大小關係對載體圖像進 RkXk分塊，對每一個分塊進行離散餘弦變換，得到分塊DCT係數矩陣；將每一個分塊DCT 係數矩陣的係數值按照Zig-Zag進行排序，選取嵌入的水印的起始位置為s，嵌入的長度為 21，對每一個分塊的DCT係數重複地嵌入1次Ibit信息，設分塊後按Zig-Zag排序的一維 係數矩陣為Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由於列印前後幅值較小 DCT係數變化較明顯，因此，在進行水印嵌入前先對所選係數中幅值較小的係數進行修正， 設修改的幅值強度為d，d > 0，當所選係數的幅值的絕對值小於d，則將係數的幅值修改為 d，正負號不變，某一分塊對應的要嵌入水印信息為1時，修改係數滿足Pt (i) XPt (1+i) > 0 (1)當要嵌入水印信息為0時，修改係數滿足Pt (i) XPt (1+i) 0，則提取出的水印信息為1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，則提 取出的水印信息為0，最後根據歸一化相似度計算公式計算從圖片中提出的水印圖像和原 始水印圖像的相似度，只有提取出水印的相似度的閾值達到86%時，才認為水印提取成功， 該印刷品為真品，否則說明印刷品是偽品。步驟(3)中提取出的條碼水印信息可能會出現錯碼，對提取出的條碼水印通過模 糊數學理論中最大隸屬度原則進行了糾正，其過程如下定義提取出水印為W'」，其對水印 信息為1的隸屬度為W' J(I)jW' J(2), Λ, W'」(1)中水印信息為1的個數/1對水印信息為0的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為0的個數/1若水印信息為1的隸屬度大於水印信息為0的隸屬度，則判定W' j為1，否則為 O0參見圖4，本發明的服務用戶過程用戶在需要對有該印刷產品進行真偽辨別時，可以提供兩種方法實現1)用戶可應用具有拍照功能的手機對印刷品進行拍攝，將拍攝圖像通過行動網路 平臺上傳圖像到認證中心申請檢測商品真偽，待認證中心對圖像提取水印後，將相關信息 返回行動網路平臺，再由行動網路平臺將結果以簡訊形式發回查詢用戶。2)對於支持JAVA程序的手機用戶來講，可以通過訪問生產企業的Internet網絡 認證中心下載水印檢測軟體，實時的檢測印刷品真偽。
權利要求
基於數字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法，其特徵在於首先將二值條碼進行處理後，嵌入到載體圖像，然後經一次列印後成為正版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法讀取水印，以鑑別印刷品的真偽，從而達到防偽目的。
2.根據權利要求1所述的基於數字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法，其特 徵在於所述的防偽認證方法通過以下步驟實現(1)、二值條碼的生成對原始條碼W進行修剪處理，分為嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息W2， 其中，嵌入的水印部分信息Wl的大小為原始條碼W的54%，將其嵌入到載體圖像中，起到版 權證明的作用，然後通過水印檢測方法從被拍照後的載體圖像中提取出水印信息W1』，將其 與保留的水印部分信息W2進行合併形成條碼W』，最後採用最大隸屬度原則，對條碼W』進行 修正，得到修正後的二值條碼水印圖像；(2)、防偽圖像的生成根據載體圖像與步驟(1)所得到的二值條碼水印圖像的大小關係對載體圖像進行 kXk分塊，對每一個分塊進行離散餘弦變換，得到分塊DCT係數矩陣；將每一個分塊DCT系 數矩陣的係數值按照Zig-Zag進行排序，選取嵌入的水印的起始位置為s，嵌入的長度為 21，對每一個分塊的DCT係數重複地嵌入1次Ibit信息，設分塊後按Zig-Zag排序的一維 係數矩陣為Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由於列印前後幅值較小 DCT係數變化較明顯，因此，在進行水印嵌入前先對所選係數中幅值較小的係數進行修正， 設修改的幅值強度為d，d > 0，當所選係數的幅值的絕對值小於d，則將係數的幅值修改為 d，正負號不變，某一分塊對應的要嵌入水印信息為1時，修改係數滿足Pt (i) XPt(Ι+i) > 0當要嵌入水印信息為0時，修改係數滿足Pt (i) XPt(Ι+i) 0，則提取出的水印信息為1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，則提 取出的水印信息為0，最後根據歸一化相似度計算公式計算從圖片中提出的水印圖像和原 始水印圖像的相似度，只有提取出水印的相似度的閾值達到86%時，才認為水印提取成功， 認定該印刷品為真品，否則說明印刷品是偽品。
3.根據權利要求2所述的基於數字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法，其特 徵在於所述的步驟(3)中提取出的條碼水印信息可能會出現錯碼，對提取出的條碼水印通過模糊數學理論中最大隸屬度原則進行了糾正，其過程如下定義提取出水印為W'」，其 對水印信息為1的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W' j(l)中水印信息為1的個數/1 對水印信息為0的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為0的個數/1若水印信息為1的隸屬度大於水印信息為0的隸屬度，則判定W' j為1，否則為0。
全文摘要
本發明基於數字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法。大多數加密技術和數字水印方法僅僅對圖像提供數字域的防偽功能，不能抵抗幾何攻擊和類似於列印掃描等攻擊。本發明首先將二值條碼進行處理後，嵌入到載體圖像，然後，經一次列印後成為正版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法讀取水印，以鑑別印刷品的真偽，從而達到防偽目的。本發明由於嵌入印刷品中的水印是不可見的，因此隱藏性、安全性好，利用手機實現檢測，設備方便，具有可移動性等，有廣闊的應用前景。
文檔編號G06T1/00GK101923701SQ20101023023
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月19日 優先權日2010年7月19日
發明者王凌雲, 王可, 王慧琴, 茅世豪, 趙敏, 雷潔 申請人:西安建築科技大學