一种基于指数函数的图像盲水印方法

本发明涉及一种指数函数嵌入方法，具体为一种基于指数函数的图像盲水印方法，属于图像版权保护和信息安全领域。

背景技术：

1、作为保护图像信息安全的主要手段，图像水印技术近年来得到了广泛的研究，已成为图像信息安全领域的研究热点之一。图像水印即将信息隐藏起来，使图像的内容被隐藏且在视觉上无法被察觉，以保护图像的信息安全。根据水印的可见性，图像水印方法可以分为可见水印方法和不可见水印方法。可见水印即通过人眼可以直观看到的水印，主要应用于图像及视频。可见水印技术通过在文档、图片及视频上添加半透明的文字或logo等标识内容，防止信息在网络上传播被他人盗用。可见水印的主要特点是水印在载体中可以看到但不醒目，且在不影响载体质量的情况下可见水印通常要求难以去除，从而实现对载体的版权保护。但随着数字图像处理技术的快速发展，攻击者可以通过多种软件技术以及图像处理技术毫无痕迹地将可见水印从载体中抹去，这也对可见水印技术造成了极大的安全隐患。

2、与可见水印相对应的，是一种更加安全的不可见水印技术，即通过人眼无法直观看到的水印。不可见水印技术应用范围更广，包括文本、图像、音频及视频的版权保护。不可见水印的主要特点是水印在视觉上是不可察觉的，版权所有者可以将代表本人身份信息作为水印嵌入到载体中，当发生版权纠纷时，只需要将水印信息提取出来，就可以验证物品版权归属，因此不可见数字水印技术在物品防伪应用中具有特殊的实际意义。

3、在目前已有的大多数数字水印嵌入方法中，主要通过加性水印方法将水印信息嵌入到宿主图像中。在水印提取过程中，目前已有的大多数基于奇异值分解的水印方法往往需要原始水印图像或者原始宿主图像的参与，导致水印系统容易产生假阳性问题以及易遭受图像处理攻击。

4、因此，水印系统的开发、设计和研究，成为信息安全领域所关注的焦点及重要研究方向。提出一种安全、有效的水印嵌入算法，解决已有水印系统中的误报问题以及易受图像处理攻击的问题，对推动图像版权保护研究领域的进展将具有积极而重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供基于指数函数的图像盲水印方法，能够实现水印盲提取的同时，有效避免水印假阳性问题，且可以有效抵抗图像处理攻击。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的，具体步骤细化如下：

3、(1)水印嵌入过程：

4、第一步：通过一维haar离散小波变换将彩色宿主图像分解为不同频率的子块，得到宿主图像分别在水平和垂直方向上的低频分量ll、水平方向上的低频和垂直方向上的高频lh、水平方向上的高频和垂直方向上的低频hl以及水平和垂直方向上的的高频分量hh。

5、[ll,[lhr,lhg,lhb],hl,hh]＝dwt(ih,'haar')

6、第二步：对得到的lh的红色分量lhr进行svd得到(u,s,v)。

7、[u,s,v]＝svd(lhr)

8、第三步：原始水印图像w通过指数函数算法嵌入到宿主图像的奇异值矩阵s中得到嵌入水印后的矩阵s'。

9、s'＝(α·w)·ei·s

10、其中e代表指数，i代表虚数，α为水印嵌入强度。

11、第四步：对s'通过逆奇异值分解得到包含水印信息的红色分量lhr'。

12、lhr'＝u·s'·vt

13、第五步：通过逆小波变换得到最终嵌入水印后的宿主图像iw。

14、iw＝idwt(ll,[lhr',lhg,lhb],hl,hh,'haar')

15、(2)水印提取过程：

16、第一步：通过一维haar离散小波变换将嵌入水印后的宿主图像分解为不同频率的子块。

17、[llt,[lhtr,lhtg,lhtb],hlt,hht]＝dwt(iw,'haar')

18、第二步：对得到的lht的红色分量lhtr进行奇异值分解。

19、[ut,st,vt]＝svd(lhtr)

20、第三步：通过对得到的奇异值矩阵st进行绝对值操作，即可恢复得到水印f。

21、f＝|st|/α

22、其中|·|为绝对值操作。这里α为水印嵌入强度，本项目设置为0.1。值得注意的是，本发明方法将水印直接嵌入避免了水印的假阳性问题。此外，本发明基于指数函数的图像盲水印方法的水印提取过程中并不需要原始水印和原始宿主的参与，因此本项目方法实现了水印的盲提取。此外，提出的基于指数函数的图像盲水印方法可以抵抗图像处理攻击，相关实验证明将在之后研究。

23、本发明的特点及有益效果是：

24、相比已提出的加性水印嵌入算法，本发明主要针对于既不需要原始水印信息也不需要原始宿主信息就可实现水印的盲提取进行研究，通过提出一种由指数函数嵌入算法构成的盲水印模块，设计了一种基于指数函数的图像盲水印方法，其优势在于：(1)不同于已有水印方法中将水印图像以加性嵌入的方式嵌入到宿主图像中，该方法基于指数函数完成了水印的嵌入；(2)此水印方法可以实现水印盲提取；(3)本发明提出的方法可以避免假阳性问题；(4)相比于广泛使用的基于svd的水印系统，本发明提出的方法可以抵抗图像处理攻击；(5)本发明提出的基于指数函数嵌入算法，可以扩展应用到任何加性水印嵌入方法中。

技术特征：

1.一种基于指数函数的图像盲水印方法。主要针对广泛使用的基于svd的加性水印嵌入系统存在假阳性问题、非盲问题以及难以抵抗伪装攻击的问题，设计一种基于指数函数对水印和宿主进行融合的新方法，该指数函数嵌入算法能够实现水印半盲提取的同时，有效避免水印假阳性问题，且可以有效抵抗图像处理攻击。为此，本发明开展基于指数函数的图像盲水印系统，采取的技术方案是，在水印系统中，设计了一种基于指数函数的图像盲水印方案，借助指数函数的特性，将水印图像与宿主图像分别作为指数函数的基数和指数就可以得到嵌入水印后的宿主图像。这样，在提取过程中，只需要对嵌入水印后的宿主图像取绝对值操作，即可恢复水印信息。整个提取过程避免了原始水印和原始宿主图像的参与，实现了水印的盲提取。本发明所采用的指数函数算法的相关定理如下：对于方阵，通过指数函数算法可以得到矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于指数函数的图像盲水印方法，其所述的基于指数函数嵌入算法的具体水印嵌入流程描述如下：

技术总结
本发明属于数字水印技术和信息安全领域，涉及一种基于指数函数的图像盲水印方法。在目前已有的大多数基于奇异值分解的水印嵌入方法中，水印信息常通过加性方法进行嵌入，且在水印提取过程中往往需要原始水印或宿主信息。基于以上问题，本项目拟提出一种基于指数函数的盲水印方法，借助指数函数的特性，将水印与宿主分别作为指数函数的基数和指数就可得到包含水印的载体图像。在提取过程中，对载体图像取绝对值操作，即可恢复水印。整个提取过程避免了原始水印和宿主的参与，实现了水印的盲提取，且同时抵抗图像处理攻击。摘要附图为本发明所提出的基于指数函数的图像盲水印方法嵌入流程图，本发明主要应用于图像版权保护和信息安全。

技术研发人员：申玉馨
受保护的技术使用者：天津师范大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6