1、基于人眼视觉特性 彩色图像数字水印算法,通信083 项文秀 指导老师：潘崧,本文提出了一种以彩色空间转换、人眼视觉特（HVS）为基础,将二值图像 （即数字水印）嵌入到原始彩色图像中的新数字水印算法。该算法具有以下特点： （1）充分利用人眼视觉特性（HVS），实现了数字水印图像的自适应嵌入, 增强了算法的透明性和鲁棒性；（2）能够依据原始彩色载体图像内容，实现数字水印嵌入深度的智能调节。,数字水印技术 (Digital Watermarking)的基本思想,在原始媒体数据中，如音频、视频、图像等，隐藏具有一定意义的附加信息作为标记，这些信息与原始数据紧密结合，并随之一起被传输。在接收端，通过计算
2、机水印信号被提取出来用于各种目的。,数字水印基本特性：,保真性 鲁棒性 信息容量 安全性 错警率,数字水印的主要应用领域：,人眼视觉系统（HVS） 对数字图像的感知性,1、灵敏度,频率灵敏度 亮度灵敏度,2、掩蔽效应,掩蔽效应是一种测速，它用来测量观察者在“掩蔽”信号存在的情况下对某一激励的反应。,3、HVS算法,设像素g的背景亮度为，且为像素g周围像素值的平均值（在本文，选取为以像素g为中心的33各像素值平均）则对比度函数H（g）定义为：,当背景亮度=128时,其中，C1= ，CL= ， CH= ，k=,当背景亮度128时,其中，C1= ，CL= ，CH= ，k=,上述对比度函数模型的含义为
3、：对比度函数值|H(g)|越大，表示当像素值g有所变动时对人眼视觉的影响越有限；而对比函数值|H(g)|越小，表示当像素值g有所变动时对人眼视觉的影响越明显。可见，当我们欲通过改变图像像素值来嵌入水印信息时，应该优先考虑对比度函数值|H(g)|较大的像素。,自适应空域彩色图像数字水印嵌入算法,设原始载体图像为24位512512的真彩色图g(i,j),0iM,0jN,数字水印为6464的二值图像W=w(i,j),0iP,0jQ.其中,g(i,j)和w(i,j)分别代表原始载体图像和数字水印（二值图像）的第i行、第j列像素的颜色值和灰度值。则数字水印w的嵌入过程（关键步骤）可描述如下：,1、载体图
4、像的彩色空间变换,色彩感知是人类视觉系统的一个重要特性，彩色空间可用于表示彩色之间的相互关系。彩色空间有RGB、YCrCb、CMY、HIS等多种，其中RGB彩色空间主要用于计算机显示，而YCrCb多用于图像通信。在YCrCb彩色空间中，Y分量称为亮度，它提供图像的亮度表示；Cr和Cb分量称为色差。,RGB彩色空间与YCrCb彩色空间（256级）的模型转换公式为：,2、彩色分量YCrCb的数字水印嵌入,在宿主图像（即亮度分量Y）内嵌入数字水印的关键步骤如下： 子块划分 确定水印嵌入位置 对已求出的图像子块对比度值|H(Bk)|(k=1,2,s)进行排序，并把对比度较大的64*64个模块进行水印嵌
5、入。 将图像子块Uk=Uk(i,j),0im,0jn内的像素值降幂排序。 修改图像子块Uk之中心像素Uk（m/2,n/2）的值。,3、载体图像的彩色空间逆变换,利用下面YCrCbRGB彩色空间的模型转换公式，便可以得到嵌入了水印后的图像。,自适应空域彩色图像 数字水印检测算法,彩色空间变换 分别提取亮度分量（Y）内所嵌入的水印信息 再按照数字水印嵌入算法的相反操作，得到原始水印的一维二进制序列，并使变换成二维水印图像。,实验结果与分析,水印嵌入、提取实验,（a）原始水印,(b) 原始彩色图像,（c）嵌入水印的彩色图像,（d）提取得到的水印,图 5-1 Lena嵌入与提取实验,鲁棒性实验：,剪切
6、实验 图 5-2叠加噪声实验 图 5-3JPEG攻击 图 5-4图像增强（image enhancement）攻击 图 5-5,(a) 1/2剪切后的彩色图像,(b) 1/2剪切攻击后的提取水印,图5-2 剪切的效果图与提取的水印,其中提取出水印的相关性系数Nc=0.9541。该测试结果表明，通过图像剪切攻击对图像在亮度分量上提取水印的影响不是很大，程序仍能比较好的提取水印。,(a) 叠加椒盐噪声后得到的水印图像 Nc=0.8414,(b) 叠加平均分布噪声后的图像 Nc=0.7890,图5-3 叠加噪声攻击后的提取水印,（a）进行JPEG压缩并且质量因数为12时提取的水印 Nc=0.8426,（b）进行JPEG压缩并且质量因数为12时提取的水印 Nc=0.8426,图5-4 JPEG压缩操作后提取的水印,(a) edge_sharpen 后的水印 Nc=0.9185,(b) sharpen 攻击后的水印 Nc=0.8743,图5-5 其它图像处理操作后提取的水印,谢辞,本论文的工作是在我的导师潘崧的悉心指导下完成的，潘崧老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢潘崧老师对我的关心和指导。 潘崧老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。,
