專利名稱：一種基于空間域的圖像水印添加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空間域的圖像水印添加 方法。
背景技術(shù)：
隨著因特網(wǎng)的日益普及，多媒體信息的交流已達(dá)到了前所未有的深度和廣度，其 發(fā)布形式也愈加豐富了。數(shù)字化形式的多媒體數(shù)據(jù)為多媒體信息的存取提供了極大的便 利，同時(shí)也極大地提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性，與此同時(shí)其版權(quán)保護(hù)也成為一個(gè)急需 解決的問題。數(shù)字水印是在多媒體信息領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)版權(quán)保護(hù)的直接而又有效的辦法，該技術(shù) 將具有特定意義的標(biāo)記，利用數(shù)字技術(shù)嵌入并隱藏在需要保護(hù)的多媒體數(shù)據(jù)中，用以顯示 創(chuàng)作者對其作品的所有權(quán)。這種標(biāo)記可以是文字、序列號(hào)、圖像或其它有特殊標(biāo)記作用的符 號(hào)。嵌入到載體中的水印應(yīng)以不破壞原數(shù)據(jù)欣賞價(jià)值、使用價(jià)值為原則，并盡可能保證其不 被惡意破壞或破解。目前，已經(jīng)提出了各種各樣的數(shù)字水印技術(shù)，例如基于空間域的數(shù)字水印嵌入算 法，其中包括最低有效位算法等等。最低有效位算法首先根據(jù)密鑰和輸入的一個(gè)m序列產(chǎn) 生隨機(jī)信號(hào)，然后按一定規(guī)則排列成二維水印信號(hào)，并按像素點(diǎn)逐一插入到原始圖像像素 值的最低位。由于水印信號(hào)隱藏在最低有效位，因此在視覺上很難察覺。這種簡單的添加 這種算法雖然可以隱藏較多信息，容易實(shí)現(xiàn)，算法復(fù)雜度低，但隱藏位置不可靠，隱藏的信 息可以輕易被移除，水印信息很容易被，算法魯棒性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于空間域的圖像水印添加方法，該方法基于圖像像素的視覺 特征重要性，將水印添加在圖像中視覺特征最重要的地方。一種圖像水印添加方法，包括(1)將待處理的圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間；(2)計(jì)算變換到CIE-Lab顏色空間后的圖像各個(gè)像素的能量值；由于CIE-Lab顏色空間分離了顏色亮度和色彩變化，因此在CIE-Lab顏色空間里 計(jì)算圖像像素的能量值比在RGB顏色空間里計(jì)算得更準(zhǔn)確。(3)獲取待添加水印的灰度圖；(4)在待添加的圖像中查找一個(gè)與水印的灰度圖大小相同的區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)所 有的像素的能量值之和最大，這個(gè)區(qū)域作為水印的添加區(qū)域；(5)將水印添加到查找的區(qū)域內(nèi)；其添加過程為將圖像像素的亮度通道值和水印灰度圖中的灰度值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 數(shù)，用水印灰度圖中的灰度值的二進(jìn)制數(shù)替換圖像像素的亮度通道值的二進(jìn)制數(shù)中的最低 位，作為圖像像素的新的亮度通道值。(6)將添加水印后的圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間。
與現(xiàn)有的添加方法相比，本發(fā)明能將水印添加在圖像視覺最重要的地方，攻擊者 在破壞水印時(shí)，不可避免地會(huì)引起圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降，從而提高添加水印的穩(wěn)定性、魯棒性 以及安全性。


圖1是本發(fā)明方法的技術(shù)方案流程圖；圖2是本發(fā)明計(jì)算像素能量值的算法示意圖。
具體實(shí)施例方式

如圖1所示，一種基于空間域的圖像水印添加方法，包括 (1)將待處理的圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間； RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間按照下面的公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換 Ζ = 0.299χ^ + 0.587χσ + 0.114χ5 -α = 0.713 χ (Λ-Ζ)(1)
6 = 0.564 χ (5-Ζ)
式中，R、G、B分別表示圖像在RGB顏色空間內(nèi)的紅、綠、藍(lán)顏色值；L表示圖像在 CIE-Lab顏色空間內(nèi)的亮度通道值，a和b表示圖像在CIE-Lab顏色空間內(nèi)的兩個(gè)彩色通道 值。計(jì)算機(jī)中的圖像文件一般以RGB顏色空間的形式保存，將圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到 CIE-Lab顏色空間中處理，是因?yàn)镃IE-Lab顏色空間分離了顏色亮度和色彩變化，更能描述 和反映人們對顏色的感知，計(jì)算的視覺重要性值更精準(zhǔn)。而且，兩種顏色空間的相互轉(zhuǎn)換是 可逆的。(2)計(jì)算變換到CIE-Lab顏色空間后的圖像各個(gè)像素的能量值；在CIE-Lab顏色空間里計(jì)算圖像各個(gè)像素的能量值比在RGB顏色空間里更精確。 如圖2所示，用Piij表示圖像中的任意一個(gè)像素，Liij表示該像素的亮度通道值，a,,j.b,,j表 示該像素的兩個(gè)彩色通道值，該像素能量值Suj的計(jì)算公式為
Si, j = I Lijj-Lwj j I +1 auj~a1+u j | +1 rbi+1, j
⑵
+1 Li, J-Lij J+11 +1 Bij J-Bij J+11 +1 bu j-bijJ+1
其中，Li+1,」、ai+1, j、bi+1,」表示像素Piij豎直方向上相鄰像素Pi+1,」的亮度通道值和 兩個(gè)彩色通道值，Li, j+1、」+1、Κ j+1表示像素Piij水平方向上相鄰像素的亮度通道值 和兩個(gè)彩色通道值。由式(3)可以看出，一個(gè)像素的能量值為該像素與其相鄰像素相應(yīng)顏 色通道值之差的絕對值之和。因此，像素的能量值越大，表明該像素與其相鄰像素的各個(gè)顏 色通道梯度變化越劇烈，則其邊緣特征就越強(qiáng)，視覺重要性相應(yīng)也就越大。(3)獲取待添加水印的灰度圖；待添加的水印可以是一段文字、一個(gè)圖標(biāo)、一幅圖像或其他各種傳達(dá)某種信息的 符號(hào)。由于水印只是用作標(biāo)志性信息，其亮度不能太大，否則會(huì)對原圖像造成破壞。一般， 水印灰度圖的亮度值在0 50之間。對于文字水印，對其進(jìn)行光柵化處理，得到MXN的矩陣形式的灰度圖；對于圖像水印，其灰度圖即為該圖像水印在CIE-Lab顏色空間中的亮度通道值L。
(4)在待添加的圖像中查找一個(gè)與水印的灰度圖大小相同的區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)所 有的像素的能量值之和最大，這個(gè)區(qū)域作為水印的添加區(qū)域。由于像素的能量值反應(yīng)了像素的視覺重要性，按照本發(fā)明方法查找出的水印添加 區(qū)域?yàn)樵瓐D像中視覺重要性最大的區(qū)域，將水印添加在這個(gè)區(qū)域可以有效的保護(hù)水印不被 破壞。(5)將水印添加到查找的區(qū)域內(nèi)；由于圖像像素的亮度值在0 255之間，在計(jì)算機(jī)中，對圖像像素的亮度通道值L 用8位二進(jìn)制數(shù)表示。水印的添加過程為，將水印灰度圖矩陣每個(gè)元素的灰度值轉(zhuǎn)換成二 進(jìn)制數(shù)，將該二進(jìn)制數(shù)直接替換原圖像像素亮度通道值的最低位，作為該像素新的亮度通 道值。例如，原圖像中某個(gè)像素的亮度通道值L為65，其8位二進(jìn)制表示為00100001。待 添加水印灰度圖矩陣中對應(yīng)元素的灰度值為3，其二進(jìn)制表示為11，則添加水印后，該像素 的亮度通道值L為00100011。若待添加水印灰度圖矩陣中對應(yīng)元素的灰度值為4，其二進(jìn) 制表示為100，則添加水印后，該像素的亮度通道值L為00100100。該像素的兩個(gè)彩色通道 值a和b不變。改變這8位二進(jìn)制數(shù)中較低位上的數(shù)值給圖像信息帶來的變化比改變較高位上 的數(shù)值給圖像信息帶來的變化更小。按照本發(fā)明方法添加水印對原圖像信息的破壞較小。
(6)將添加水印后的圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間； 圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換方法如下 R = L + l.403xa
權(quán)利要求
一種基于空間域的圖像水印添加方法，其特征在于，包含(1)將待處理的圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE Lab顏色空間；(2)計(jì)算變換到CIE Lab顏色空間后的圖像各個(gè)像素的能量值；(3)獲取待添加水印的灰度圖；(4)在圖像中查找一個(gè)與水印的灰度圖大小相同的區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)所有像素的能量值之和最大；(5)將水印添加到所查找出的區(qū)域；(6)將添加水印后的圖像由CIE Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間域的圖像水印添加方法，其特征在于，所述的圖像 像素的能量值的計(jì)算公式為Si, j = I Li, j-Li+ljJ I +1 Bij j-ai+ljJ I +1 bi, rbi+1, j+1 Li, J+11 +1 Bijj-Bij J+11 +1 bi, j—bi, j+1其中，Siij表示第(i，j)個(gè)像素的能量值，Liij表示圖像在CIE-Lab顏色空間中第(i， j)個(gè)像素的亮度通道值，a,,j.b,,j分別表示圖像在CIE-Lab顏色空間中第(i，j)個(gè)像素的 兩個(gè)彩色通道值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于空間域的圖像水印添加方法，其特征在于，所述的水印 的灰度圖中灰度值的范圍為0 50。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于空間域的圖像水印添加方法，其特征在于，所述的步驟 (5)將水印添加到所查找出的區(qū)域的方法為將圖像像素的亮度通道值和水印灰度圖中的灰度值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，用水印灰度圖中 的灰度值的二進(jìn)制數(shù)替換圖像像素的亮度通道值的二進(jìn)制數(shù)中的最低位，作為圖像像素的 新的亮度通道值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空間域的圖像水印添加方法，包括將圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間，計(jì)算圖像各個(gè)像素的能量值，獲取待添加水印的灰度圖，在圖像中查找出與水印的灰度圖大小相同的區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)所有的像素的能量值之和最大，作為水印的添加區(qū)域，并將水印添加到查找出的區(qū)域內(nèi)，最終將完成水印添加的圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換回RGB顏色空間。本發(fā)明將水印添加在圖像中視覺重要性最大的區(qū)域，當(dāng)攻擊者破壞水印時(shí)，不可避免地會(huì)引起圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降，從而提高添加水印的穩(wěn)定性、魯棒性以及安全性。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101916427SQ20101025128
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者馮結(jié)青, 姜曉希 申請人:浙江大學(xué)