[发明专利]抗照片打印-扫描攻击和硬拷贝剪切的全息图像水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用计算全息和图像处理技术的抗照片打印—扫描攻击和硬拷贝剪切的全息图像水印方法。

背景技术

随着网络技术和媒体信息数字化的飞速发展，基于数字水印的多媒体作品版权保护技术已成为信息科学领域的研究热点。数字水印是在图像、视频和音频等数字产品中嵌入能证明版权归属或跟踪侵权行为的隐蔽信息，以便在必要时能够提取出来用作证据。嵌入的水印应具有透明性、鲁棒性和安全性。

数字图像中的隐形水印已得到广泛研究，提出了许多具有高度透明性和鲁棒性的优良技术。但是含水印的数字图像经打印输出后，通常不能保留嵌入的水印信息。将硬拷贝扫描重新得到数字图像后，一般无法提取原先嵌入的水印。硬拷贝水印之所以困难，是因为打印和扫描过程包含对数字水印多种强力攻击的组合：缩放插值、几何失真、旋转、剪切、亮度和色度的变化、线性和非线性滤波、噪声污染等。

如果在硬拷贝中不能保留水印，那么对于图像的知识产权保护就只能局限于数字领域。高质量数字摄影作品一旦打印输出，其版权就失去保护。然而打印输出正是多数专业摄影师的最终目的，因此硬拷贝中的隐形水印技术具有重要意义，为印刷品版权保护提供技术手段，对于平面媒体的健康发展也至关重要。

硬拷贝水印的早期技术由以色列HP实验室的Avraham Levy和Doron Shaked提出，并申请了专利。该方法建立在离散Fourier变换和打印—扫描噪声模型的基础上。他们的前提是：即使在打印前的数字图像中嵌入很强的水印，使数字图像的视觉质量有所下降，但对于打印出来的硬拷贝，在视觉上却不能区分是否含有水印。这样的假设无疑不能适应近年来数字摄影和高质量喷墨打印设备快速发展的需求。

本发明针对高质量数字图像及其高质量硬拷贝的版权保护需求，利用全息图具有不可撕毁的优势，将数字全息技术用于水印嵌入。现已提出的一些全息水印方法主要是在空域或变换域中将数字水印以全息图的形式嵌入载体图像，水印全息图的获取大多是基于物光和参考光干涉的Fourier计算全息。这些全息水印技术大多数是在数字图像中提取原始水印，并未考虑硬拷贝的问题。仅有“双随机相位加密同轴Fourier全息水印防伪技术”中讨论了打印扫描问题，该方法仅考虑了黑白图像，所产生的含水印图像质量相比于载体图像明显退化，而且不具备抗剪切的盲检测能力。

本发明涉及的技术可在符合专业质量标准的彩色喷墨照片打印机输出的硬拷贝中保留水印，水印在视觉上不可察觉，但可从普通扫描仪扫描重新获得的数字图像中盲提取出来；即使硬拷贝被剪切，扫描后仍可盲提取完整的水印。

发明内容

本发明的目的在于提出一种抗照片打印—扫描攻击和硬拷贝剪切的全息图像水印方法，用于保护图像硬拷贝的知识产权。在载体图像中嵌入数字水印的全息图，含水印图像在打印输出的硬拷贝中保留了水印，用户可通过扫描重新获得数字图像，从中可靠提取清晰的水印。由于全息图的不可撕毁性，即使硬拷贝被剪切，扫描后仍可提取水印。本方法基于共轭对称计算数字水印的Fourier计算全息图，无需模拟物光和参考光波的干涉，方法简便，计算效率高。由于在含水印图像中载体信息和水印信息的频谱可分离，能实现水印的盲提取。

为达到以上目的，本发明作如下研究：

(一)共轭对称延拓Fourier计算全息

利用共轭对称复函数的Fourier变换是实函数的性质，将物光波共轭对称延拓后作Fourier变换然后进行适当的编码可方便地生成全息图，这种方法不需要模拟物光和参考光波的干涉，因此十分便捷。待记录的物光波复振幅f₀(m，n)由幅度和相位两部分组成：

以水印图像为幅度A(m，n)，用[-π，π]范围内均匀分布的随机数作为相位因子可使物光波f₀(m，n)具有很宽的频谱，从而有效地降低全息图的动态范围。

将上述物光波进行共轭对称延拓得到下列复振幅分布：