面向保真印刷的彩色图像鲁棒水印研究

The copyright protection, forensics and security for hardcopy are important applications for digital watermarking which is getting popular in fidelity printing. However, the existing watermarking algorithm often results in the fidelity deterioration of the originals and the reduction of watermark robustness. Based on the color conversion mechanism, the halftoning algorithm and the watermarking information transfer characteristics; this project focuses on the loss of watermark information, which induced by color space conversion and halftoning process. Consequently, the corresponding digital watermarking algorisms are proposed for the fidelity printing process. For the printing using ICC color management mechanism, a color conversion model for phone and a dehalftoning method will be designed, and a spatial perspective mapping transformation model between the original and the watermarked image will be established. For the HiFi printing with 6-7 colors and spot color printing, a watermark embedding and detecting strategy is expected to be proposed which takes the relationship between spot color and human visual characteristic into consideration, furthermore, the volume of watermarks for spot color channel is also expected to be increased.

纸媒的版权保护、取证和防伪是数字水印技术的重要应用领域，其在保真印刷（fidelity printing）领域的应用日益广泛。现有水印算法在印刷-扫描（拍摄）流程中，会导致源图像保真度不同程度下降和水印鲁棒性降低。本项目着眼于颜色转换机理、半色调算法和水印信息传递特性进行研究，重点解决在保真印刷流程中，由于色空间转换和半色调化导致的水印信息失效问题。以此为基础，针对保真印刷过程建立数字水印方法：针对基于ICC色彩管理的保真印刷，从ICC色空间转换入手，设计手机颜色转换模型和去半色调化（de-halftoning）方法，构建拍摄含水印图像和原图像之间的空间透视映射变换模型。针对6-7色的高保真印刷（HiFi printing）和专色印刷，开展6-7色和专色呈色与人眼视觉特性的关系分析，设计扫描图像校正模型，构建高保真印刷和专色印刷的水印嵌入和检测策略，解决专色图像水印容量小和保真度下降问题。

“互联网+”时代，图像的产生、编辑、传播和复制更加便捷和高效，增强数字图像和印刷图像的安全性迫在眉睫。本项目的总体目标是面向保真印刷领域，完善彩色图像鲁棒水印理论体系和应用方法，解决本领域存在的一些问题，提高图像传播的安全性。项目基于研究目标和内容，沿着拟定的研究思路和方案开展了研究工作，主要研究内容和成果如下：. 1.研究了颜色呈色机制和人眼视觉特征，建立了颜色的反射率与人眼心理明度之间的数学模型，对物体白度进行了量化描述和表征，此模型延伸运用到木素白度的表征中，与现有白度表征方法相比，具有准确高效的优点。构建了颜色再现失真校正模型，有效提高了水印的鲁棒性。. 2.构建了抗印刷-扫描（拍摄）的彩色印刷图像鲁棒水印方法。基于人眼视觉特征、SURF特征配准和热转印技术，构建了基于色度的抗印刷-扫描（拍摄）的彩色印刷图像鲁棒水印方法，该方法在纸基品和纺织品上进行了实际应用，结果表明该方法抵抗印刷-扫描（拍摄）的鲁棒性高。. 3.面向超四色保真印刷图像，提出了自适应色度的安全鲁棒水印方法，并建立了保真印刷图像水印测试图像库。基于保真图像特征和颜色色调特征，使用LIBSVM和颜色矩构建了自适应色度水印算法，并建立377幅图的水印图像库用于水印算法测试。基于光注入半导体激光混沌系统提出了一种新的图像加密方法，提高水印安全性。该方法分类准确率可以达到97.08%，可以快速有效地提高抗印刷-扫描（拍摄）水印的鲁棒性和安全性。. 4.提出了专色印刷图像的鲁棒数字水印方法。基于阶调校正模型和IWT-SVD分解，提出了单专色印刷图像鲁棒水印算法，建立了多基色专色印刷图像水印嵌入策略和水印检测方法。以胶版印刷为工业应用背景进行了测试，实验结果表明，算法适用于多专色印刷图像，在艺术品和包装印刷领域具有很强现实应用价值。. 项目实现了建立不同保真印刷图像鲁棒水印方法的目标，解决了数字图像和印刷图像的同步保护问题，丰富了数字水印理论，拓宽了数字水印的应用领域。