1、数字图像处理,第13章 图像水印 ch13 Image Watermark,数字水印（Digital Watermark）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。本章仅讨论图像数字水印技术,消息,注： 封面上的全白色处（肉眼无法观测到）嵌入有以下“宇飞 YuFei”字样的防伪标识。,如何在图像中加入水印？如何检测水印？空域加入水印变换域加入水印典型应用-信息隐藏,本章安排,1 水印原理2 DCT域水印3 水印性能评价4 信息隐藏,数字水印的起源发展,数字水印技术的基本思想源于古代的密写术“水印”-13世纪 “数字水印”-20世纪90年代,数字水印的应用 数字作品的知识
2、产权保护,版权所有： 新画面影业公司,数字水印的应用 商务交易中的票据防伪,数字水印的应用 隐蔽通信及其对抗,数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。,加密,13.1.1 水印的嵌入与检测,水印嵌入过程示意图,原始图像f,嵌入,数字水印W,嵌水印图像g,设原始图像为f(x,y),水印为W(x,y)，嵌入水印的图像为g(x,y)，水印嵌入过程可表示为： g=E(f,W) 其中E（）为嵌入函数。,13.1.1 水印的检测,待测图像h,原始图像f,差异,提取信息w,水印信息W,相似性检测,1，0,
3、待检测图像h(x,y)，从中抽取待验证的可能水印w(x,y): w=D(f,h) 其中D（）为检测函数。 根据： C（W,w）T 作出水印是否存在的判断。,13.1.2 水印特性,2个主要的特性：显著性可感知不可感知,水印不易被察觉,水印的加入不影响产品的视觉质量,13.1.2 水印特性,2个主要的特性：稳健性干扰,稳健性是指图像抵御外界干扰，在产生失真情况下，仍保持其自身完整性和对其检测的准确性。,善意：如常规图像处理-鲁棒性描述,恶意-抗攻击性描述,13.1.2 水印特性,其他特性：安全性： 水印不易被复制，伪造，非法检测复杂性： 嵌入和提取的计算复杂度低惟一性： 对所有权有唯一的判断通用
4、性： 同样的水印技术可用于不同的媒体，如音频等,13.1.3 水印分类,1.感知性（perceptible）分类 可见水印(Visible Watermarking) ；,WA,原始图像,水印图像,嵌入水印,不可见水印,13.1.3 水印分类,2.公开性分类 私有水印（其检测需提供原始数据产品）公有水印（盲水印）（直接从接收的产品中检测）,私有水印,公有水印,接收的含水印图像,抽取的水印,盲抽取算法,3.根据水印的内容分：无意义水印：有意义水印：水印本身有确切含义（如商标图像）,0101110,原始图像,水印图像,嵌入水印,有意义水印,13.5.2 基于迭代混合的图象隐藏,13.5 信息隐藏,
5、信息隐藏：一般指将某些特定的信息有意地和隐蔽地嵌入某种载体，以达到某种保密的目的。信息隐藏的四种类型,13.5.1 水印与信息隐藏,图象混合 f(x,y)：载体图象 s(x,y) ：隐藏图象,13.5.2 基于迭代混合的图象隐藏,b(x,y) ：混合图象,图像混合：平凡混合：,图像混合：f：载体图象， s：隐藏图象，b：混合图象讨论：混合参数接近1，混合图像b(x,y)越接近载体图像f(x,y)混合参数接近0，混合图像b(x,y)越接近图像s(x,y)思考：混合图像参数如何选择？,隐藏图像s(x,y)的恢复：已知问题：计算过程中会产生一些取整造成的误差，导致混合和恢复图像的质量下降。,载体图像
6、均方根误差,恢复图像均方根误差,混合参数越接近1，图象隐藏的效果就越好，而恢复图象的质量就越差,混合图象与恢复图象误差和最小的图象混合,最佳的混合隐藏：,2. 图象的单幅迭代混合 设： ai| 0 ai 1, i = 1, 2, , N为N个实数 对图象f(x,y)和s(x,y)进行a1混合：b1(x,y)= a1 f(x,y) + (1 a1) s(x,y)b2(x,y)= a2 f(x,y) + (1 a2) b1(x,y),图象f(x,y)和s(x,y)的关于ai的N重迭代混合图象bN(x,y)= aN f(x,y) + (1 aN) bN-1(x,y),当混合为非平凡混合时,思考：结合
7、图像混合和恢复，哪种方案最可行,图象单幅迭代混合隐藏的稳健性结果,3. 图象的多幅迭代混合 设：ai| 0 ai 1, i = 1, 2, , N为N个实数fi(x,y)：为一组载体图像对图象f1(x,y)和s(x,y)进行a1混合：b1(x,y)= a1 f1(x,y) + (1 a1) s(x,y)b2(x,y)= a2 f2(x,y) + (1 a2) b1(x,y),图象f(x,y)和s(x,y)的关于ai和fi(x,y)的N重迭代混合图象：bN(x,y)= aN fN(x,y) + (1 aN) bN-1(x,y)恢复图象s(x,y) ：需要N幅混合图象和N个混合参数，并且还需要知道
8、图象的混合次序由此可见这种对图象的多幅迭代隐藏方案是一种非常安全的隐藏方案,将图(c)混合在图(b)中，再混合到图(a)中(a)公开图象 (b)中间结果 (c)隐藏图象,空域加入水印变换域加入水印,水印嵌入方法,空域：LSB方法（least significant bits ),秘密信息隐藏在像素的最低位或者次低位,去掉位平面0后的Lena图像去掉位平面0，1的Lena图像,去掉位平面0，1，2的Lena图像去掉位平面0，1，2，3的Lena图像,去掉第15个位平面的Lena图像去掉第16个位平面的Lena图像,去掉第17个位平面的Lena图像,LSB顺序嵌入,1101010101011010
9、10010101110110101001010110101010101100101010101100011110101101011110100111001101000110101001111011011010111011101000100100011001,100101011010101010110101001010111011010100101011010101010110010101010110001111010110101111010011100110100011010100111101101101011101110100010010,秘密信息流,替换,13.2 DCT域图像水印,将图象块分为三类： 具有低亮度且纹理简单的块（嵌入较少水印）； 具有高亮度且纹理复杂的块（嵌入较多水印）； 其它块（嵌入量适中）,例1：原图像为,在变换域中，图象被分解为直流（DC）分量 和交流（AC）分量利用AC分量可加强嵌入的秘密性 利用DC分量可增加嵌入的数据量,
