抵抗硬拷贝攻击的彩色图像数字水印的理论与方法

目前，抵抗硬拷贝攻击的彩色图像数字水印方面的研究较少。现有方法主要是通过把彩色图像变换为一幅或多幅彩色分量灰度图像，将灰度水印方法进行扩展来实现。这些方法没有考虑色彩的相关性和色彩的一致再现问题。本项目主要突出彩色矢量的抵抗硬拷贝攻击的数字图像水印理论与方法。与以往不同，将彩色图像的各个颜色分量作为矢量，将数字水印与数字半调、打印和扫描作为一个整体进行研究，实现真实环境下的抵抗硬拷贝攻击。项目通过分析打印扫描过程对彩色图像和水印的影响，建立打印扫描自动校正系统；基于凸优化理论和最新的误差分散矢量半调算法、最小亮度标准的矢量误差分散法设计最优的矢量半调搜索策略，实现水印的间接嵌入；设计连续色调图像水印算法，基于颜色矢量，保持颜色的一致再现；通过校正和逆半调算法设计，实现水印的正确检测；项目对于彩色图像硬拷贝输出防伪具有重要意义。

本项目研究的目的是为了解决彩色数字作品在硬拷贝输出中的来源追踪问题。通过对抗打印扫描攻击数字水印技术进行研究，为彩色图像的硬拷贝防伪和来源追踪提供理论和技术基础，研究成果具有重要的理论和应用价值。主要成果有：(1)针对内网打印的安全问题，提出一种不需要改变原始网络打印架构的内网安全打印系统方案；构建了一个集通用打印机驱动和水印嵌入为一体的打印来源追溯系统，该方法在国内外未见相关报道和产品。(2)研究了打印扫描过程对彩色图像水印的影响，提出了一种基于BP神经网络预测原理构建打印扫描模型的方法，模拟的图像与实际打印扫描图像接近，具有很强的可行性。(3)研究了打印半调对彩色图像水印的影响，提出了几种在半调过程嵌入抗打印扫描攻击彩色图像水印的方法，并应用于国产打印机驱动中。提出了一种采用支持向量机在半调过程中嵌入水印的算法，有效提高了含水印图像的质量，并对各种攻击都具有较好的鲁棒性；基于最小亮度分布准则，提出了一种在彩色图像半调过程中嵌入水印的算法，计算复杂度低，可应用于任何彩色半色调图像；提出了一种将最小亮度分布准则与人工神经元模型相结合的彩色半色调水印算法，可以得到效果良好的半色调图像，有效提高水印提取的正确率，并对常见的攻击有较好的鲁棒性；针对现有空域半调水印算法对打印扫描攻击鲁棒性差的缺点，提出了一种基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印算法。(4)研究了在原始图像中嵌入抗打印扫描攻击水印的方法，基于图像分块DCT系数统计特性，结合HVS纹理掩码模型自适应控制水印嵌入强度，获得了较强的鲁棒性及良好的视觉效果；对半调图像利用像素翻转嵌入水印，并用改进的DBS半调方法获得了视觉效果最优的含水印半调图像，对打印扫描及其他常见攻击都有良好的鲁棒性。(5)研究了打印机中应用最广泛的文本图像水印问题，提出了一种基于像素翻转的水印算法，适用于中英文等文档，视觉效果好，并能抵抗打印扫描攻击。(6)针对脆弱水印，提出了一种图像内容可恢复的脆弱水印算法，该算法简单，安全性高，对局部篡改能有效检测和精确定位，并能抵抗拼贴攻击；针对多光谱图像再现过程中观察条件变化引起再现图像与源图像色外观不一致的问题，提出一种基于色外观匹配的多光谱图像再现算法。.在本项目的资助下，共完成13篇论文，其中发表论文8篇（EI检索7篇），已投论文5篇；获得国家专利2项，申请国家专利4项；完成硕士论文11篇。