专利名称：基于数字水印技术的印刷品防伪图像的防伪认证方法
技术领域：
本发明属于防伪与信息安全技术领域，特别涉及用于印刷品防伪，选取二值条码 的一部分作为水印嵌入到被保护的印刷品中，然后利用手机对含有水印的印刷品进行拍 照，通过无线网络传输到认证系统后实现正品与仿品的鉴别的印刷品防伪图像的防伪认证方法。
背景技术：
数字信息革命给人类的社会和生活带来了深刻的变化，同时也带来了新的挑战和 创新机遇。多媒体技术和网络技术的发展，使得数字化声音、文本、图像、音乐和视频等电子 出版物可以被快速准确地获取、传输和存储，这些已成为信息交流，尤其是网上信息交流的 重要方式。然而，我们平时接触的图像、文字大部分还是通过印刷输出，如商标产品包装、证 件、影音制品封面、货币、票据、名片、护照等等。虽然传统印刷技术保证了印刷品的同一性， 但假冒者仍可按常规的作业方式轻易地复制这些印刷包装品，扰乱了市场秩序，严重损害 了生产者与消费者的合法权益。数字水印作为一种潜在的解决方案得到广泛的关注，并成为国内外学术界一个热 门研究领域。数字水印是通过向多媒体数据中添加某些数字信息以达到文件真伪鉴别、版 权保护等功能，嵌入的水印信息不影响原始文件的完整性，可以通过检测或提取水印信息 证明文件的真实性，既能达到良好的防伪效果，又能有效地降低成本。与传统的仅适用于保 护数字化信息的防伪技术相比，将数字水印技术应用于印刷品或产品包装防伪领域，具有 实用性强、检测速度快、安全性高、成本低等特点，使得应用前景更加广阔。条码可以标示出商品的生产日期、厂商名称、类别以及价格等信息。常见的条码是 由反射率相差很大的黑条(简称条)和白条(简称空)组成，鉴于其制作容易，信息采集速 度快，检测设备结构简单，成本低以及容易修复等特点，因此，采用二维条码作为实际应用 水印是一种广泛的应用。大多数加密技术和数字水印方法仅仅对图像提供数字域的防伪功能，不能抵抗几 何攻击和类似于打印扫描等攻击。如果将嵌入水印后的图像以打印后的纸质形式传输，当 经过检测系统检测水印信息时，水印已经随图像一起经历了打印/印刷、扫描/拍照等数 模-模数转换过程，同时，这个过程引入了大量噪声(如扫描抖动噪声、热噪声、随机噪声 等)，使水印在提取前受到很大程度上的破坏。将数字水印技术应用于印刷品防伪，不仅要 求算法不可见性较好，并且要求算法能够抵抗一次打印/印刷、扫描/拍照过程带来的信息 损失，同时要求对二次打印/印刷、扫描/拍照后，产品不再含有有效水印，这使得数字水印 技术在印刷防伪领域的应用变得更加具有挑战性。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种能够抵抗一次打印/印刷、扫描/拍照过程 带来了的信息损失，而二次打印/印刷、扫描/拍照后，水印信息将丢失，不仅具有真伪识别
4功能，同时还具有抗伪造效果的印刷品防伪图像的防伪认证方法。为解决上述的技术问题，本发明采取的技术方案本发明的特殊之处在于首先将二值条码进行处理后，嵌入到载体图像，然后，经 一次打印后成为正版印刷品；对印刷品利用手机进行拍照上传到认证中心，利用检测算法 读取水印，以鉴别印刷品的真伪，从而达到防伪目的。上述的防伪认证方法通过以下步骤实现(1)、二值条码的生成对原始条码W进行修剪处理，分为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的大小为原始条码W的54%，将其嵌入到载体图像中，起 到版权证明的作用，然后通过水印检测方法从被拍照后的载体图像中提取出水印信息W1’， 将其与保留的水印部分信息W2进行合并形成条码W’，最后采用最大隶属度原则，对条码W’ 进行修正，得到修正后的二值条码水印图像；(2)、防伪图像的生成根据载体图像与步骤(1)所得到的二值条码水印图像的大小关系对载体图像进 RkXk分块，对每一个分块进行离散余弦变换，得到分块DCT系数矩阵；将每一个分块DCT 系数矩阵的系数值按照Zig-Zag进行排序，选取嵌入的水印的起始位置为s，嵌入的长度为 21，对每一个分块的DCT系数重复地嵌入1次Ibit信息，设分块后按Zig-Zag排序的一维 系数矩阵为Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由于打印前后幅值较小 DCT系数变化较明显，因此，在进行水印嵌入前先对所选系数中幅值较小的系数进行修正， 设修改的幅值强度为d，d > 0，当所选系数的幅值的绝对值小于d，则将系数的幅值修改为 d，正负号不变，某一分块对应的要嵌入水印信息为1时，修改系数满足Pt (i) XPt (1+i) > 0当要嵌入水印信息为0时，修改系数满足Pt (i) XPt (1+i) < 0若是不满足以上两个公式，则修改Pt(i)和Pt(l+i)中绝对值较小的一个符号，使 其满足上式，按照上面的嵌入方法，将整个二值水印图像嵌入到原始图像的DCT域；对嵌 入完水印信息的DCT系数矩阵进行分块反离散余弦变换，即可得到嵌入水印信息的防伪图 像；(3)、水印检测过程对流通于市场的印刷品使用具有拍照功能的手机对印刷品进行拍摄，将拍摄图像 通过联网计算机或移动网络上传至认证中心，认证中心启动水印检测模块进行检测对拍照后的疑似数字图像进行kXk的分块，每一块进行DCT变换，得到分块DCT 系数矩阵，对每一分块DCT变换并按Zig-Zag排序后的系数一维矩阵为P‘ t (i)，其中t =1,2,3, Λ, nXn ；i = 1,2,3, Λ，kXk，对于每一个分块，只提取Ibit的水印信息，若 P' t(i)XP' t(l+i) >0，则提取出的水印信息为1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，则提 取出的水印信息为0，最后根据归一化相似度计算公式计算从图片中提出的水印图像和原 始水印图像的相似度，只有提取出水印的相似度的阈值达到86%时，才认为水印提取成功， 认定该印刷品为真品，否则说明印刷品是伪品。上述的步骤(3)中提取出的条码水印信息可能会出现错码，对提取出的条码水印通过模糊数学理论中最大隶属度原则进行了纠正，其过程如下定义提取出水印为W'」，其 对水印信息为1的隶属度为W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息为1的个数/1对水印信息为0的隶属度为W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息为0的个数/1若水印信息为1的隶属度大于水印信息为0的隶属度，则判定W' j为1，否则为 O0与现有技术相比，本发明的有益效果1.基于手机拍照认证的印刷品防伪技术具有很多传统防伪印刷技术所不具备的 独特性质由于嵌入印刷品中的水印是不可见的，因此隐藏性、安全性好，利用手机实现检 测，设备方便，具有可移动性等，有广阔的应用前景。2.实现了特殊的防伪功能能够抵抗一次打印/印刷、扫描/拍照过程带来了的 信息损失，而二次打印/印刷、扫描/拍照后，水印信息将丢失，不仅具有真伪识别功能，同 时还具有抗伪造效果。3.相对于传统的印刷品防伪，本发明根据人的视觉特性，选择在频率域对图像视 觉不敏感的区域，通过修改系数符号的正负性来嵌入二值条码水印，保证嵌入水印前后的 图像视觉差异最小。4.在水印嵌入前，先对水印条码进行修剪预处理；在水印提取时，采用最大隶属 度原则对条码进行修正，以上措施保证了图像在受到外界不同攻击情况下能最大限度地恢 复水印信息。
图1为水印修剪分解图；图2为水印替换分解图；图3为水印嵌入与检测系统框图；图4为服务用户过程流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明首先将二值条码进行处理后，嵌入到载体图像，然后，经一次打印后成为正 版印刷品；对印刷品利用手机进行拍照上传到认证中心，利用检测算法读取水印，以鉴别印 刷品的真伪，从而达到防伪目的。如图4所示，基于手机拍照认证印刷品防伪系统的实施过程，分为如下的步骤进 行描述1)完成将水印信息嵌入待保护图像；2)经过打印/印刷处理，应用带拍照功能的 手机或数码相机对印刷品水印信息采集；3)将采集到的信息发送至认证中心后，通过检测 系统检测印刷品真伪，并将结果反馈于用户。具体实施步骤如下(1)、二值条码的生成对原始条码W进行修剪处理，如图1所示，分为嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息W2，其中，如图2所示，嵌入水印部分信息Wl的大小为原始条码W的54%，将 其嵌入到载体图像中，起到版权证明的作用，然后通过水印检测方法从拍照后的载体图像 中提取出水印信息Wl，，将其与保留水印部分信息W2进行合并形成条码W’，最后采用最大 隶属度原则，对W’进行修正，得到修正后的二值条码水印图像。(2)、防伪图像的生成根据载体图像与步骤(1)所得到的二值条码水印图像的大小关系对载体图像进 RkXk分块，对每一个分块进行离散余弦变换，得到分块DCT系数矩阵；将每一个分块DCT 系数矩阵的系数值按照Zig-Zag进行排序，选取嵌入的水印的起始位置为s，嵌入的长度为 21，对每一个分块的DCT系数重复地嵌入1次Ibit信息，设分块后按Zig-Zag排序的一维 系数矩阵为Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由于打印前后幅值较小 DCT系数变化较明显，因此，在进行水印嵌入前先对所选系数中幅值较小的系数进行修正， 设修改的幅值强度为d，d > 0，当所选系数的幅值的绝对值小于d，则将系数的幅值修改为 d，正负号不变，某一分块对应的要嵌入水印信息为1时，修改系数满足Pt (i) XPt (1+i) > 0 (1)当要嵌入水印信息为0时，修改系数满足Pt (i) XPt (1+i) < 0 (2)若是不满足式(1)和式(2)，则修改Pt(i)和Pt(l+i)中绝对值较小的一个符号， 使其满足上式，按照上面的嵌入方法，将整个二值水印图像嵌入到原始图像的DCT域；对嵌 入完水印信息的DCT系数矩阵进行分块反离散余弦变换，即可得到嵌入水印信息的防伪图 像；在嵌入水印时，既要考虑算法的不可见性，还要考虑算法的鲁棒性。本发明对水印 嵌入算法的三个系数的选取，即起始位置s，嵌入长度1，系数幅值强度d，直接决定着防伪 图像的不可见性和鲁棒性。s选的过小时，嵌入位置就靠近了低频区域，水印的鲁棒性增强，但是同时水印的 不可见性却相对减小；当s选的过大时，嵌入的位置就靠近了高频区域，水印的不可见性增 强，但鲁棒性却减小。因此综合考虑，本文选取中低频来嵌入水印，即S = 5，选取1 = 13。1过小时，鲁棒性减小，不可见性增强；1过大时，鲁棒性增强，不可见性减小，同时 也加大了算法的运算时间。另外，在选取1时，还要考虑起始位置S，当S靠近低中频时，1 选取过大，使水印嵌入的位置集中在高频，这样不但不会增强水印的鲁棒性，反而会减小水 印的鲁棒性。因此，选取1 = 13。对于第三个系数幅值强度d，则是为了增大算法的鲁棒性。若d取的过小则对于增 大算法的鲁棒性没有太大改变，若d过大则可能因为修改的幅值过大而减小水印的不可见 性。(3)、水印检测过程对流通于市场的印刷品使用具有拍照功能的手机对印刷品进行拍摄，将拍摄图像 通过联网计算机或移动网络上传至认证中心，认证中心启动水印检测模块进行检测对拍照后的疑似数字图像进行kXk的分块，每一块进行DCT变换，得到分块DCT 系数矩阵，对每一分块DCT变换并按Zig-Zag排序后的系数一维矩阵为P‘ t (i)，其中t =1,2,3, Λ, nXn ；i = 1,2,3, Λ，kX k，对于每一个分块，只提取Ibit的水印信息，若P' t(i)XP' t(l+i) >0，则提取出的水印信息为1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，则提 取出的水印信息为0，最后根据归一化相似度计算公式计算从图片中提出的水印图像和原 始水印图像的相似度，只有提取出水印的相似度的阈值达到86%时，才认为水印提取成功， 该印刷品为真品，否则说明印刷品是伪品。步骤(3)中提取出的条码水印信息可能会出现错码，对提取出的条码水印通过模 糊数学理论中最大隶属度原则进行了纠正，其过程如下定义提取出水印为W'」，其对水印 信息为1的隶属度为W' J(I)jW' J(2), Λ, W'」(1)中水印信息为1的个数/1对水印信息为0的隶属度为W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息为0的个数/1若水印信息为1的隶属度大于水印信息为0的隶属度，则判定W' j为1，否则为 O0参见图4，本发明的服务用户过程用户在需要对有该印刷产品进行真伪辨别时，可以提供两种方法实现1)用户可应用具有拍照功能的手机对印刷品进行拍摄，将拍摄图像通过移动网络 平台上传图像到认证中心申请检测商品真伪，待认证中心对图像提取水印后，将相关信息 返回移动网络平台，再由移动网络平台将结果以短信形式发回查询用户。2)对于支持JAVA程序的手机用户来讲，可以通过访问生产企业的Internet网络 认证中心下载水印检测软件，实时的检测印刷品真伪。
权利要求
基于数字水印技术的印刷品防伪图像的防伪认证方法，其特征在于首先将二值条码进行处理后，嵌入到载体图像，然后经一次打印后成为正版印刷品；对印刷品利用手机进行拍照上传到认证中心，利用检测算法读取水印，以鉴别印刷品的真伪，从而达到防伪目的。
2.根据权利要求1所述的基于数字水印技术的印刷品防伪图像的防伪认证方法，其特 征在于所述的防伪认证方法通过以下步骤实现(1)、二值条码的生成对原始条码W进行修剪处理，分为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的大小为原始条码W的54%，将其嵌入到载体图像中，起到版 权证明的作用，然后通过水印检测方法从被拍照后的载体图像中提取出水印信息W1’，将其 与保留的水印部分信息W2进行合并形成条码W’，最后采用最大隶属度原则，对条码W’进行 修正，得到修正后的二值条码水印图像；(2)、防伪图像的生成根据载体图像与步骤(1)所得到的二值条码水印图像的大小关系对载体图像进行 kXk分块，对每一个分块进行离散余弦变换，得到分块DCT系数矩阵；将每一个分块DCT系 数矩阵的系数值按照Zig-Zag进行排序，选取嵌入的水印的起始位置为s，嵌入的长度为 21，对每一个分块的DCT系数重复地嵌入1次Ibit信息，设分块后按Zig-Zag排序的一维 系数矩阵为Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由于打印前后幅值较小 DCT系数变化较明显，因此，在进行水印嵌入前先对所选系数中幅值较小的系数进行修正， 设修改的幅值强度为d，d > 0，当所选系数的幅值的绝对值小于d，则将系数的幅值修改为 d，正负号不变，某一分块对应的要嵌入水印信息为1时，修改系数满足Pt (i) XPt(Ι+i) > 0当要嵌入水印信息为0时，修改系数满足Pt (i) XPt(Ι+i) < 0若是不满足以上两个公式，则修改Pt(i)和Pt(l+i)中绝对值较小的一个符号，使其满 足上式，按照上面的嵌入方法，将整个二值水印图像嵌入到原始图像的DCT域；对嵌入完水 印信息的DCT系数矩阵进行分块反离散余弦变换，即可得到嵌入水印信息的防伪图像；(3)、水印检测过程对流通于市场的印刷品使用具有拍照功能的手机对印刷品进行拍摄，将拍摄图像通过 联网计算机或移动网络上传至认证中心，认证中心启动水印检测模块进行检测对拍照后的疑似数字图像进行kXk的分块，每一块进行DCT变换，得到分块DCT系 数矩阵，对每一分块DCT变换并按Zig-Zag排序后的系数一维矩阵为P' t(i)，其中t =1,2,3, Λ, nXn ；i = 1,2,3, Λ，kX k，对于每一个分块，只提取Ibit的水印信息，若 P' t(i)XP' t(l+i) >0，则提取出的水印信息为1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，则提 取出的水印信息为0，最后根据归一化相似度计算公式计算从图片中提出的水印图像和原 始水印图像的相似度，只有提取出水印的相似度的阈值达到86%时，才认为水印提取成功， 认定该印刷品为真品，否则说明印刷品是伪品。
3.根据权利要求2所述的基于数字水印技术的印刷品防伪图像的防伪认证方法，其特 征在于所述的步骤(3)中提取出的条码水印信息可能会出现错码，对提取出的条码水印通过模糊数学理论中最大隶属度原则进行了纠正，其过程如下定义提取出水印为W'」，其 对水印信息为1的隶属度为W' J(I)jW' j(2), Λ, W' j(l)中水印信息为1的个数/1 对水印信息为0的隶属度为W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息为0的个数/1若水印信息为1的隶属度大于水印信息为0的隶属度，则判定W' j为1，否则为0。
全文摘要
本发明基于数字水印技术的印刷品防伪图像的防伪认证方法。大多数加密技术和数字水印方法仅仅对图像提供数字域的防伪功能，不能抵抗几何攻击和类似于打印扫描等攻击。本发明首先将二值条码进行处理后，嵌入到载体图像，然后，经一次打印后成为正版印刷品；对印刷品利用手机进行拍照上传到认证中心，利用检测算法读取水印，以鉴别印刷品的真伪，从而达到防伪目的。本发明由于嵌入印刷品中的水印是不可见的，因此隐藏性、安全性好，利用手机实现检测，设备方便，具有可移动性等，有广阔的应用前景。
文档编号G06T1/00GK101923701SQ20101023023
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者王凌云, 王可, 王慧琴, 茅世豪, 赵敏, 雷洁 申请人:西安建筑科技大学