一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法技术

一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法，对图像灰度进行分级处理，将光水印从二值域扩展到灰度域，提出灰度图像光水印算法，使得水印区域可以以一定的形式表现，并对灰度图像光水印的基础点阵生成规则、单层水印嵌入方法、多层水印叠加方法以及加权水印对比度评价方法进行了详细阐述。在此基础上，结合扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应，构建一层防扫描复印水印，将该层水印与其他灰度图像光水印进行叠加，并嵌入文档图片，以达到对打印文档防扫描复印的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法
本专利技术涉及多媒体数字水印构造、嵌入、叠加和检测方法，特别涉及一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法。
技术介绍
随着现代科技的不断进步，电子文档的使用越来越广泛，而一些重要的文档仍然需要通过打印机、扫描仪或复印机等数字印刷技术以纸张的形式传播，在传播的过程中如何鉴别文件原件与拷贝的问题受到人们越来越多的重视。科技的发展使得制造原版文件的拷贝成本降低，进而使得伪造、盗版等问题愈发严重，易对社会或个人造成重大的政治或经济损失。因此，在现代社会中对打印文档的真实可信性实施有效保护已成为一个严峻的社会问题。打印文档防伪技术作为一门新兴学科开始受到人们的重视。传统的打印文档防伪技术主要包括物理防伪技术、化学防伪油墨技术、生物防伪技术、材料防伪技术、防伪印刷技术等。传统的打印文档防伪技术主要是通过特殊的设备、材质和制作工艺来实现防伪，不仅增加了生产成本，而且工艺比较复杂，导致其应用范围较窄，无法普遍推广。基于数字图像的打印文档防伪技术是近些年来兴起的研究领域，该技术主要通过一些数字图像处理的手段，结合打印机、扫描仪、复印机的工作原理，对要打印的电子文档本身做相应的处理，使得电子文档在打印成纸质文档以后能保证防伪的特性。缩微打印技术是一种防扫描复印技术，它是通过特殊的打印机来对图片做一些处理，比如把只能在放大镜下看到的极其微小的文字印在肉眼看似一条实线或虚线上，当然，缩微文字也可印在组成图的线条上或点上。经过扫描复印后一些小的字符由于扫描仪或复印机的分辨率不足而无法识别，从而导致图像内容失真。缩微打印是一种在纸币、银行、支票和其他有价印刷品上广泛使用的防伪技术。应用于打印文档防伪的数字水印技术主要包括抗打印扫描水印和光水印两种，其中抗打印扫描水印一般是把水印嵌入到数学变换域，比如离散傅里叶变换(DFT)或离散余弦变换(DCT)，该水印是一种不可见水印。光水印是一种可见水印，是数字水印领域一个重要而实用的研究方向。光水印是一种能够嵌入多层水印信息的数字水印算法，该方法主要基于调制与解调的基本原理，对单层水印进行嵌入和提取。光水印中每一个单层水印对应一个解码器，多个单层水印可以按照一定的规则做叠加并嵌入到图片中，通过不同的解码器提取达到防伪的目的，并可使光水印具有更好的隐蔽性。S.Spannenburg（参见SpannenburgS.Frequencymodulationofprintedgratingsasaprotectionagainstcopying[C].HolographicOpticalSecuritySystems,1991:88-104）在SPIE上最先提出了基于频率调制的光水印算法。Q.B.Sun等（参见SunQB,FengPR,DengR.Anopticalwatermarkingsolutionforauthenticatingprinteddocuments[C].ProceedingsInternationalConferenceonInformationTechnology:CodingandComputing,2001:65-70）在2001年提出了一种改进的基于频率调制的光水印算法，该算法使用了密钥分享的方法将待嵌入的信息分成多份密钥。然后选择某一个密钥将其嵌入到图像中。但是该种方法实验效果较差，目前在这方面做的研究较少。2007年，S.Huang等（参见HuangS,WuJK.Opticalwatermarkingforprinteddocumentauthentication[J].IEEETransactionsonInformationForensicsandSecurity,2007,2(2):164-173）在IEEE上提出了一种基于相位调制的光水印算法，该算法的实现基于周期性的点阵。该算法可以在嵌入阶段通过选择不同的嵌入周期和角度嵌入多层水印，取得不错的嵌入和提取效果，并且嵌入水印容量较大。2008年，Y.Lu等（参见LuY,LiX,QiW,etal.Afurtherstudyonanopticalwatermarkingscheme[C].9thInternationalConferenceonSignalProcessing,2008:2213-2216）在S.Huang的基础上提出了一种基于莫奈(Moiré)现象的方法。该方法的基础层选用的是基于余弦线阵的黑白条纹，当多层叠加时多层条纹会产生莫奈干涉，会导致引入比较大的噪声，使得水印嵌入容量较小。2009年，Hrishikesh（参见HrishikeshC,ShefaliS.PrintedDocumentWatermarkingUsingPhaseModulation[C].20092ndInternationalConferenceonEmergingTrendsinEngineeringandTechnology(ICETET),2009:222-227）在S.Huang的实验基础上进行了更多的峰值信噪比（PSNR）的分析，给出了更多的实验结果，实验中对点阵的x坐标和y坐标的周期Tx和Ty不同取值做了对比，实验结果表明当时Tx＝Ty结果最佳。但是目前的光水印研究主要还是集中在二值图像领域，由于二值图像光水印只是在二值空间来做处理，前景与背景的反差较大，所以生成的水印是一张杂乱无章的图片；而如果将其扩展到灰度空间，由于灰度图像对于事物的表现能力更强，如果巧妙的利用不同灰度之间的对比可以增加一些应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法，该方法首先针对二值图像光水印在事物表现方面的缺陷，提出一种灰度图像光水印算法；然后提出一种用于对灰度图像光水印的提取效果进行评价的加权水印对比度方法；最后，基于扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应，设计防扫描复印水印，并与多层灰度图像光水印叠加并嵌入到打印文档图片中，以达到对打印文档防扫描复印的作用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法，包括灰度图像光水印设计、防扫描复印层设计、水印嵌入和水印提取四大部分。灰度图像光水印设计是基于相位调制的原理，将光水印从二值图像扩展到灰度图像；防扫描复印层设计是基于扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应构造防扫描复印水印层；水印嵌入是将灰度图像光水印与防扫描复印层叠加以适当的水印参数属性嵌入到打印文档中；水印提取是通过光水印层解码器及防扫描复印层解码器进行水印提取；灰度图像光水印设计过程如下：a.生成基于灰度分级的基础点阵，构建基础层；b.嵌入单层灰度图像光水印，并生成光水印层解码器；c.多层灰度图像光水印的叠加；d.提出加权水印对比度方法，用于对灰度图像光水印的提取效果进行评价；防扫描复印层设计过程如下：a.分析扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应；b.设计替换矩阵，对灰度基础点阵进行替换，构建出防扫描复印层水印及防扫描复印层解码器；水印的嵌入过程如下：a.基于加权水印对比度，对灰度分级与基础点阵随机概率进行分析；b.根据预设的线宽、水印周期、嵌入角度、灰度分级以及基础点阵随机概率、替换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法，其特征在于,包括如下步骤:灰度图像光水印设计、水印嵌入和水印提取；灰度图像光水印设计是基于相位调制的原理，将光水印从二值图像扩展到灰度图像；防扫描复印层设计是基于扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应构造防扫描复印水印层；水印嵌入是将灰度图像光水印与防扫描复印层叠加以适当的水印参数嵌入到打印文档中；水印提取是通过相应的光水印层解码器及防扫描复印层解码器进行水印提取；以下为具体步骤： 步骤一，灰度图像光水印设计，过程如下： a.生成基于灰度分级的基础点阵，构建基础层； b.嵌入单层灰度图像光水印，并生成光水印层解码器； c.多层灰度图像光水印的叠加； d.提出加权水印对比度方法，用于对灰度图像光水印的提取效果进行评价； 步骤二，防扫描复印层设计，过程如下： a.分析扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应； b.设计替换矩阵，对灰度基础点阵进行替换，构建出防扫描复印层水印及防扫描复印层解码器； 步骤三、水印的嵌入，过程如下： a.以加权水印对比度作为衡量标准，对灰度分级与基础点阵随机概率进行分析； b.根据预设的线宽、水印周期、嵌入角度、灰度分级以及基础点阵随机概率、替换矩阵替换概率，进行灰度图像光水印及防扫描复印水印的嵌入与叠加； 步骤四、水印的提取，过程如下： a.通过相应的光水印层解码器及防扫描复印层解码器进行水印的提取。...

【技术特征摘要】
1.一种基于灰度图像光水印的防扫描复印方法，其特征在于,包括如下步骤:灰度图像光水印设计、水印嵌入和水印提取；灰度图像光水印设计是基于相位调制的原理，将光水印从二值图像扩展到灰度图像；防扫描复印层设计是基于扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应构造防扫描复印水印层；水印嵌入是将灰度图像光水印与防扫描复印层叠加以适当的水印参数嵌入到打印文档中；水印提取是通过相应的光水印层解码器及防扫描复印层解码器进行水印提取；以下为具体步骤：步骤一，灰度图像光水印设计，过程如下：a.生成基于灰度分级的基础点阵，构建基础层；b.嵌入单层灰度图像光水印，并生成光水印层解码器；c.多层灰度图像光水印的叠加；d.提出加权水印对比度方法，用于对灰度图像光水印的提取效果进行评价；步骤二，防扫描复印层设计，过程如下：a.分析扫描复印过程中产生的边缘扩散的模糊效应；b.设计替换矩阵，对灰度基础点阵进行替换，构建出防扫描复印层水印及防扫描复印层解码器；步骤三、水印的嵌入，过程如下：a.以加权水印对比度作为衡量标准，对灰度分级与基础点阵随机概率进行分析；b.根据预设的线宽、水印周期、嵌入角度、灰度分级以及基础点阵随机概率、替换矩阵替换概率，进行灰度图...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立鑫，陈真勇，王美娟，付方杰，熊璋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11