【正文】 取 出的 水 印 圖 4. 7 水印設(shè)計流程圖 具體實(shí)驗(yàn)步驟如下： (1) 制作一個 256 256 的 256 級灰度原始圖像 由于本文要嵌入水印進(jìn)行保護(hù)的原始圖像是 256 256 的 256 級灰度原始圖像，而平時拍照所得的照片是數(shù)碼的，是真彩色多像素的，如本實(shí)驗(yàn)中的原始圖像，其前身就是一個 3072 2304 3 的真彩色圖像，通過調(diào)用 imresize 函數(shù)來調(diào)整圖像的大小，將其調(diào)整為 256 256 3，再通過調(diào)用 rgb2gray 函數(shù)將已經(jīng)調(diào)整為 256 256 3 的真彩色圖南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 22 像轉(zhuǎn)換為 256 256 的 256 級灰度原始圖像，最后通過 imwrite 函數(shù)將該制作好的原始圖像保存到磁盤上，并命名為“ ”，格式為 png，這樣就完成了原始圖像的制作。 (3) 將原始圖像分割成互不重疊的 8 8 像素塊，計算得，共有 1024 塊。 ，對重新得到的頻域矩陣 A39。從圖 中可以看到，水印化圖像在經(jīng)受如上攻擊后，仍能保持較好的質(zhì)量，說明它具有了較好的強(qiáng)壯性與穩(wěn)健性。 本文提出的算法具有 以下特點(diǎn)： (1) 將一幅二值 字符 圖像 （作者個性簽名） 作為水印嵌入到原始宿主圖像中，這樣水印比起傳統(tǒng)方法所處理的序列碼具有 更 豐富的信息量和特定的標(biāo)識性 。 本文算法 還有存在一些有待改進(jìn)的地方 ， 如：本文處理的原始圖像只是灰度圖像 ，嵌入的水印也只是二值圖像，不能提供更多的信息。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 25 參考文獻(xiàn) [1] 何東健 .數(shù)字圖像處理 .西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 ,2021. [2] 羅軍輝 .MATLAB7在圖像處理中的應(yīng)用 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [3] 阮秋琦 .數(shù)字圖像處理學(xué) .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021. 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[13。 在今后的研究中，作者將對此作進(jìn)一步的研究 與完善 。 (3) 水印的嵌入位置經(jīng)過 canny 邊緣檢測 選擇在 紋理復(fù)雜區(qū)域，對應(yīng)于 分塊 DCT 域的中低頻段，能在魯棒性和透明性之間得到較好的協(xié)調(diào)。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 23 圖 4. 8 軟件界面及實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 24 第五章 總結(jié)與展望 本文提出了一種基于 DCT變換域算法的數(shù)字圖像水印， 主要 思想就是通過分塊 DCT和邊緣檢測 來確定水印嵌入?yún)^(qū)域，并 將一 個 32 32 像素的 二值圖像形式的 作者簽名 水印嵌入到 256 256 的 256 級灰度 原始 圖像之中 ， 實(shí)現(xiàn)圖像版權(quán)標(biāo)示保護(hù)功能。 (6) 提取水印 采用非盲水印提取法，比較水印化圖像與原始圖像，進(jìn)而判斷水印的各個像素的灰度值（二值），最終提取出水印信號。 (4) 對原始圖像做邊緣檢測 本文采用的是 canny 算子，關(guān)于它的基本原理在第三章已做了詳細(xì)介紹，根據(jù)邊緣檢測和圖像分塊處理后可確定那些紋理較復(fù)雜的區(qū)域，將該區(qū)域作為水印嵌入的備選區(qū)域，記錄其位置為 T。先通過調(diào)用 matlab中的 rgb2gray函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為灰度圖像，再調(diào)用 im2bw函數(shù)即可將其轉(zhuǎn)換為 32 32 的二值水印圖像。比 較圖 和圖 可得，提取出的水印仍完整清晰，這就證明了該水印的魯棒性較好。再將隱藏了水印信息的頻域 矩陣做 IDCT 得到水印化圖像，完成水印的嵌入。原始圖像為 256 256 的 256 級灰度圖像，如圖 所示。這與任何信號可以分解成基波和不同幅度的諧波的組合具有相同的物理意義。 可見圖像信號被分解成為直流成分；以及從低頻到高頻的各種余弦成分；而 DCT 系數(shù)只是表示了該種成分所占原圖像信號的份額大?。伙@然，恢復(fù)圖像信息可以表示為這樣一個矩陣形式： F(n)=C(n) E(n) 式中 E(n)是一個基底 ， C(n)是 DCT 系數(shù)， F(n)則是圖像信號。 N 大于 8 時效率增加不多而復(fù)雜性大為增加。由于大多數(shù)圖像的高頻分量較小，相應(yīng)于圖像高頻分量的系數(shù)經(jīng)常為零，加上人眼對高頻成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化。 ?? ?? AIi iiA adIIFM 1 21 1),m a x( 1 （ ） 其中， iAII, ,di , a 分別是檢測到的邊緣 理想邊緣 實(shí)際邊緣與理想邊緣間的距離和用于懲罰錯位邊緣的設(shè)計常數(shù)。])( )([?? ????????dxxfdxxf? （ ） 若滿足此準(zhǔn)則，就能保證單邊緣只有一個響應(yīng)。 (x), 分別是)(39。 2） 定位精確準(zhǔn)則 ])([)()(239。由于 N2［ i， j］使用高閾值得到，因而含有很少的假邊緣，但有間斷 (不閉合 )。 即： N[i,j]=NMS(M[i,j],ξ [i,j]) 4) 閾值化 減少假邊緣段數(shù)量的典型方法是對 N[i， j]使用一個閾值。 1) 高斯平滑函數(shù) ),(),(),(),( 2222yxHyxfyxGeyxH ba??? ?? ? （ ） 2) 一階差分卷積模板 H1=[11 11 ??] H2 =[11 11 ??] 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 17 ),(),(t a n),(),(),(),(*),(),(),(*),(),(12122212211nmnmnmnmnmyxHnmfnmyxHnmfnm??????????????? 3) 非極大值抑制 (NMS) 僅僅得到全局的梯度并不足以確定邊緣，因此為確定邊緣，必須保留局部梯度最大的點(diǎn)，而抑制非極大值。 2) 根據(jù)對信噪比與定位乘積進(jìn)行測度，得到最優(yōu)化逼近算子。 圖像 的邊緣部分集中了 圖像 的大部分信息， 圖像 邊緣的確定與提取對于整個 圖像 場 景的識別與理解是非常重要的，同時也是 圖像 分割所依賴的重要特征，邊緣檢測主要是 圖像 的灰度變化的度量、檢測和定位，自從 1959 提出邊緣檢測以來，經(jīng)過五十多年的發(fā)展，已有許多中不同的邊緣檢測方法。對重新得到的頻域矩陣A39。同時，在嵌入水印之前，還要對原始圖像做邊緣檢測，本文采用的是 canny 算子，關(guān)于它的基本原理在下節(jié) 將重點(diǎn)介紹，根據(jù)邊緣檢測和圖像分塊處理后可確定那些紋理較復(fù)雜的區(qū)域，將該區(qū)域作為水印嵌入的備選區(qū)域，記錄其位置為 T。 該 算法基本框圖如圖 所示 ： 圖 3. 1 水印算法框圖 本算法以二值圖像（作者的電子簽名）作為水印，該水印為 32 32 像素的。該方法中水印信號的引入是一種引起降質(zhì)的誤差信號，而基于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)木幋a方案會將一個誤差擴(kuò)散和累積起來，為解決此問題，該算法采取了漂移補(bǔ)償?shù)姆桨竵淼窒蛩⌒盘柕囊胨鸬囊曈X變形。 水印檢測 與提取直接在壓縮域數(shù)據(jù)中進(jìn)行。 隨后 Podilchuk 等利用人類視覺模型對該算法進(jìn) 行了改進(jìn) ， 從而提高了該算法的魯棒性透明性等。 但要想破壞水印 ， 攻擊人必須在所有頻段上加入幅度較大的噪聲 ， 這無疑提高了水印的安全性。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 13 由 (A)引出的問題是如何在對人感覺最重要的部分加入水印 ， 并同時滿足不可察覺的特性要求 。 Ruanaidh等人就基于 MellinFourier 變換提出了一種抗仿射變換的水印算法 ， 而利用小波分析的多分辨特性使得其對圖像的剪切操作不敏感。 這種以變換域算法為代表的通用算法普遍采用變換技術(shù)以便在頻率域?qū)崿F(xiàn)水印信號疊加 ， 并借鑒擴(kuò)展頻譜通訊等技術(shù) ， 對水印信號進(jìn)行有效的編碼從而提高了透明性和魯棒性 ， 同時還適當(dāng)利用濾波技術(shù)對水印信號引入的高頻噪聲進(jìn)行了消除 ， 從而 增加了對低頻濾波攻擊的抵抗力。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 12 變換域算法 DCT 域數(shù)字水印算法通常是首先把圖像分成 88 的不重疊 像素 塊 ，再 經(jīng)過分塊DCT 變換得到由 DCT 系數(shù)組成的頻率塊 ， 然后隨機(jī)選取一些頻率塊將水印信號嵌入到由密鑰控制選擇的一些 DCT 系數(shù)中 。 為增加其水印的魯棒性 ，文中還把 像素 對擴(kuò)展為小塊的 像素 區(qū)域 (如 88) ， 通過增加一個區(qū)域中的所有 像素 點(diǎn)的亮度值而相應(yīng)減少對應(yīng)區(qū)域中所有 像素 點(diǎn)的亮度值的調(diào)整來隱藏信息 ， 但該算法嵌入量低且對串謀攻擊抵抗力弱 。 一般來說文本數(shù)據(jù)很難通過基于疊加噪聲的水印方法來嵌入信息 。 其中大部分算法針對的源 數(shù)據(jù)是圖像 ， 這主要是因?yàn)閳D像水印工作開展得最為全面徹底 ， 除 非 特別指明這些算法主要針對圖像數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的很多經(jīng)典算法都是用于非盲水印方案，因此下節(jié)中的經(jīng)典算法介紹中大部分即為非盲水印，當(dāng)然，盲水印方案 在 近些年也得到了長足的發(fā)展。從圖中可以看出原始圖像的需要是不定的。反之，則無。大多數(shù)算法中是通過密鑰選取嵌入?yún)^(qū)間，這樣使得具有惡意的非法攻擊者對水印的存在位置一無所知，如果試圖消除水印，可能會降低水印 化圖像的整幅圖像質(zhì)量，甚至將其毀壞，使其得不償失。 數(shù)字圖像水印的嵌入 將生成的數(shù)字水印嵌入到所需 保護(hù)的圖像之中需要考慮到魯棒性和不可見性這兩個基本要求。再次，當(dāng)選用的圖像為文字形式時，在生成過程中，需 要將其通過 ASCII碼轉(zhuǎn)為數(shù)字序列，完成水印嵌入前的預(yù)處理。大多數(shù)數(shù)字水印方案的水印結(jié)構(gòu)僅包括其中之一，這個是與數(shù)字水印的實(shí)現(xiàn)方法及使用場合有關(guān)。而后者則在水印的嵌入和檢測過程中采用不同的密鑰，由所有者用一個只有其本人知道的密鑰嵌入水印，而任何知道公開密鑰的人都可以進(jìn)行數(shù)字水印的提取或者檢測，這種公開數(shù)字水印的實(shí)現(xiàn)是具有相當(dāng)難度的。由于不可見魯棒水印對于數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)的意義，因此成為近年來水印研究的熱點(diǎn)。根據(jù)水印的性質(zhì)，可以將其分為魯棒水印(InvisibleRobust Watermark)和易損水印 (InvisibleFragile Watermark).魯棒水印的特點(diǎn)在于嵌入了此類水印后得到的水印化圖像在經(jīng)過一些通常的圖像處理和某些惡意攻擊之后仍然可以從中提取出有效的水印。而不可見水印則使得原始圖像與嵌入水印后所得的水印化圖像就人眼視覺看來沒有差別，即使用者單憑自己的眼睛無法判斷數(shù)字產(chǎn)品中是否存在水印。根據(jù)水印是否可見，可以將其分為可見水印 (Visible Digital Watermark)和不可見水印 (Invisible Digital Watermark)。當(dāng)水印為文字形式時，一般將文字轉(zhuǎn)為 ASCII碼后，嵌入到被保護(hù)的原始圖像之中 。由數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)所有者向分發(fā)給每個用戶的拷貝中引入一個唯一的序列，并保存售出拷貝中對應(yīng)序列與用戶身份的數(shù)據(jù)庫，那么如果將來發(fā)現(xiàn)被非法再分發(fā)的數(shù)字產(chǎn)品時，發(fā)行者可以通過檢測其中的序列來跟蹤該數(shù)字產(chǎn)品的原始購買者，這與刑偵案件調(diào)查中通過現(xiàn)場采集的指紋來追查犯罪嫌疑人相似，因此這種用途的序列形式數(shù)字水印又被稱為數(shù)字指紋 (Digital Fingerprinting) 。因此，本章主要詳細(xì)介紹數(shù)字圖像水印的基本概念和經(jīng)典算法。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 7 第二章 數(shù)字 圖像 水印的基本概念和經(jīng)典算法 數(shù)字水印可以嵌入音頻、視頻、靜止圖像和文本等原始數(shù)據(jù)之中作為版權(quán)保護(hù)的標(biāo)志。 我國學(xué)術(shù)界 對數(shù)字水印技術(shù)的反應(yīng)也非?？?，已經(jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中來。 NEC公司則研究如何把水印技術(shù)應(yīng)用于 DVD系統(tǒng)的拷貝保護(hù)機(jī)制中。T, Philips等公司都對水印做了廣泛、大量而又深入的研究。 90年代期間出現(xiàn)的信息隱藏和數(shù)字水印的文獻(xiàn)數(shù)量以幾何級數(shù)遞增，從1992年的 2篇迅速發(fā)展到 1998年的 103篇，數(shù)字水印已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)方向之一。 1996年在英國劍橋牛頓研究所召開了第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會，這標(biāo)志著一門新興的交叉學(xué)科一一信息隱藏學(xué)的正式誕生。此外 Tickle還是第一個認(rèn)識到可以將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用 到數(shù)字水印中的人，他提出可以使用擴(kuò)頻技術(shù)向靜止圖像中添加水印。在 ICIP39。但與密碼技術(shù)相比，密寫術(shù)始終沒有發(fā)展