專利名稱：基于數(shù)字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法
技術領域：
本發(fā)明屬于防偽與信息安全技術領域，特別涉及用于印刷品防偽，選取二值條碼 的一部分作為水印嵌入到被保護的印刷品中，然后利用手機對含有水印的印刷品進行拍 照，通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)秸J證系統(tǒng)后實現(xiàn)正品與仿品的鑒別的印刷品防偽圖像的防偽認證方法。
背景技術：
數(shù)字信息革命給人類的社會和生活帶來了深刻的變化，同時也帶來了新的挑戰(zhàn)和 創(chuàng)新機遇。多媒體技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，使得數(shù)字化聲音、文本、圖像、音樂和視頻等電子 出版物可以被快速準確地獲取、傳輸和存儲，這些已成為信息交流，尤其是網(wǎng)上信息交流的 重要方式。然而，我們平時接觸的圖像、文字大部分還是通過印刷輸出，如商標產(chǎn)品包裝、證 件、影音制品封面、貨幣、票據(jù)、名片、護照等等。雖然傳統(tǒng)印刷技術保證了印刷品的同一性， 但假冒者仍可按常規(guī)的作業(yè)方式輕易地復制這些印刷包裝品，擾亂了市場秩序，嚴重損害 了生產(chǎn)者與消費者的合法權益。數(shù)字水印作為一種潛在的解決方案得到廣泛的關注，并成為國內外學術界一個熱 門研究領域。數(shù)字水印是通過向多媒體數(shù)據(jù)中添加某些數(shù)字信息以達到文件真?zhèn)舞b別、版 權保護等功能，嵌入的水印信息不影響原始文件的完整性，可以通過檢測或提取水印信息 證明文件的真實性，既能達到良好的防偽效果，又能有效地降低成本。與傳統(tǒng)的僅適用于保 護數(shù)字化信息的防偽技術相比，將數(shù)字水印技術應用于印刷品或產(chǎn)品包裝防偽領域，具有 實用性強、檢測速度快、安全性高、成本低等特點，使得應用前景更加廣闊。條碼可以標示出商品的生產(chǎn)日期、廠商名稱、類別以及價格等信息。常見的條碼是 由反射率相差很大的黑條(簡稱條)和白條(簡稱空)組成，鑒于其制作容易，信息采集速 度快，檢測設備結構簡單，成本低以及容易修復等特點，因此，采用二維條碼作為實際應用 水印是一種廣泛的應用。大多數(shù)加密技術和數(shù)字水印方法僅僅對圖像提供數(shù)字域的防偽功能，不能抵抗幾 何攻擊和類似于打印掃描等攻擊。如果將嵌入水印后的圖像以打印后的紙質形式傳輸，當 經(jīng)過檢測系統(tǒng)檢測水印信息時，水印已經(jīng)隨圖像一起經(jīng)歷了打印/印刷、掃描/拍照等數(shù) 模-模數(shù)轉換過程，同時，這個過程引入了大量噪聲(如掃描抖動噪聲、熱噪聲、隨機噪聲 等)，使水印在提取前受到很大程度上的破壞。將數(shù)字水印技術應用于印刷品防偽，不僅要 求算法不可見性較好，并且要求算法能夠抵抗一次打印/印刷、掃描/拍照過程帶來的信息 損失，同時要求對二次打印/印刷、掃描/拍照后，產(chǎn)品不再含有有效水印，這使得數(shù)字水印 技術在印刷防偽領域的應用變得更加具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種能夠抵抗一次打印/印刷、掃描/拍照過程 帶來了的信息損失，而二次打印/印刷、掃描/拍照后，水印信息將丟失，不僅具有真?zhèn)巫R別
4功能，同時還具有抗偽造效果的印刷品防偽圖像的防偽認證方法。為解決上述的技術問題，本發(fā)明采取的技術方案本發(fā)明的特殊之處在于首先將二值條碼進行處理后，嵌入到載體圖像，然后，經(jīng) 一次打印后成為正版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法 讀取水印，以鑒別印刷品的真?zhèn)?，從而達到防偽目的。上述的防偽認證方法通過以下步驟實現(xiàn)(1)、二值條碼的生成對原始條碼W進行修剪處理，分為嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息 W2，其中，嵌入的水印部分信息Wl的大小為原始條碼W的54%，將其嵌入到載體圖像中，起 到版權證明的作用，然后通過水印檢測方法從被拍照后的載體圖像中提取出水印信息W1’， 將其與保留的水印部分信息W2進行合并形成條碼W’，最后采用最大隸屬度原則，對條碼W’ 進行修正，得到修正后的二值條碼水印圖像；(2)、防偽圖像的生成根據(jù)載體圖像與步驟(1)所得到的二值條碼水印圖像的大小關系對載體圖像進 RkXk分塊，對每一個分塊進行離散余弦變換，得到分塊DCT系數(shù)矩陣；將每一個分塊DCT 系數(shù)矩陣的系數(shù)值按照Zig-Zag進行排序，選取嵌入的水印的起始位置為s，嵌入的長度為 21，對每一個分塊的DCT系數(shù)重復地嵌入1次Ibit信息，設分塊后按Zig-Zag排序的一維 系數(shù)矩陣為Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由于打印前后幅值較小 DCT系數(shù)變化較明顯，因此，在進行水印嵌入前先對所選系數(shù)中幅值較小的系數(shù)進行修正， 設修改的幅值強度為d，d > 0，當所選系數(shù)的幅值的絕對值小于d，則將系數(shù)的幅值修改為 d，正負號不變，某一分塊對應的要嵌入水印信息為1時，修改系數(shù)滿足Pt (i) XPt (1+i) > 0當要嵌入水印信息為0時，修改系數(shù)滿足Pt (i) XPt (1+i) < 0若是不滿足以上兩個公式，則修改Pt(i)和Pt(l+i)中絕對值較小的一個符號，使 其滿足上式，按照上面的嵌入方法，將整個二值水印圖像嵌入到原始圖像的DCT域；對嵌 入完水印信息的DCT系數(shù)矩陣進行分塊反離散余弦變換，即可得到嵌入水印信息的防偽圖 像；(3)、水印檢測過程對流通于市場的印刷品使用具有拍照功能的手機對印刷品進行拍攝，將拍攝圖像 通過聯(lián)網(wǎng)計算機或移動網(wǎng)絡上傳至認證中心，認證中心啟動水印檢測模塊進行檢測對拍照后的疑似數(shù)字圖像進行kXk的分塊，每一塊進行DCT變換，得到分塊DCT 系數(shù)矩陣，對每一分塊DCT變換并按Zig-Zag排序后的系數(shù)一維矩陣為P‘ t (i)，其中t =1,2,3, Λ, nXn ；i = 1,2,3, Λ，kXk，對于每一個分塊，只提取Ibit的水印信息，若 P' t(i)XP' t(l+i) >0，則提取出的水印信息為1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，則提 取出的水印信息為0，最后根據(jù)歸一化相似度計算公式計算從圖片中提出的水印圖像和原 始水印圖像的相似度，只有提取出水印的相似度的閾值達到86%時，才認為水印提取成功， 認定該印刷品為真品，否則說明印刷品是偽品。上述的步驟(3)中提取出的條碼水印信息可能會出現(xiàn)錯碼，對提取出的條碼水印通過模糊數(shù)學理論中最大隸屬度原則進行了糾正，其過程如下定義提取出水印為W'」，其 對水印信息為1的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為1的個數(shù)/1對水印信息為0的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為0的個數(shù)/1若水印信息為1的隸屬度大于水印信息為0的隸屬度，則判定W' j為1，否則為 O0與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果1.基于手機拍照認證的印刷品防偽技術具有很多傳統(tǒng)防偽印刷技術所不具備的 獨特性質由于嵌入印刷品中的水印是不可見的，因此隱藏性、安全性好，利用手機實現(xiàn)檢 測，設備方便，具有可移動性等，有廣闊的應用前景。2.實現(xiàn)了特殊的防偽功能能夠抵抗一次打印/印刷、掃描/拍照過程帶來了的 信息損失，而二次打印/印刷、掃描/拍照后，水印信息將丟失，不僅具有真?zhèn)巫R別功能，同 時還具有抗偽造效果。3.相對于傳統(tǒng)的印刷品防偽，本發(fā)明根據(jù)人的視覺特性，選擇在頻率域對圖像視 覺不敏感的區(qū)域，通過修改系數(shù)符號的正負性來嵌入二值條碼水印，保證嵌入水印前后的 圖像視覺差異最小。4.在水印嵌入前，先對水印條碼進行修剪預處理；在水印提取時，采用最大隸屬 度原則對條碼進行修正，以上措施保證了圖像在受到外界不同攻擊情況下能最大限度地恢 復水印信息。


圖1為水印修剪分解圖；圖2為水印替換分解圖；圖3為水印嵌入與檢測系統(tǒng)框圖；圖4為服務用戶過程流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明首先將二值條碼進行處理后，嵌入到載體圖像，然后，經(jīng)一次打印后成為正 版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法讀取水印，以鑒別印 刷品的真?zhèn)?，從而達到防偽目的。如圖4所示，基于手機拍照認證印刷品防偽系統(tǒng)的實施過程，分為如下的步驟進 行描述1)完成將水印信息嵌入待保護圖像；2)經(jīng)過打印/印刷處理，應用帶拍照功能的 手機或數(shù)碼相機對印刷品水印信息采集；3)將采集到的信息發(fā)送至認證中心后，通過檢測 系統(tǒng)檢測印刷品真?zhèn)?，并將結果反饋于用戶。具體實施步驟如下(1)、二值條碼的生成對原始條碼W進行修剪處理，如圖1所示，分為嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息W2，其中，如圖2所示，嵌入水印部分信息Wl的大小為原始條碼W的54%，將 其嵌入到載體圖像中，起到版權證明的作用，然后通過水印檢測方法從拍照后的載體圖像 中提取出水印信息Wl，，將其與保留水印部分信息W2進行合并形成條碼W’，最后采用最大 隸屬度原則，對W’進行修正，得到修正后的二值條碼水印圖像。(2)、防偽圖像的生成根據(jù)載體圖像與步驟(1)所得到的二值條碼水印圖像的大小關系對載體圖像進 RkXk分塊，對每一個分塊進行離散余弦變換，得到分塊DCT系數(shù)矩陣；將每一個分塊DCT 系數(shù)矩陣的系數(shù)值按照Zig-Zag進行排序，選取嵌入的水印的起始位置為s，嵌入的長度為 21，對每一個分塊的DCT系數(shù)重復地嵌入1次Ibit信息，設分塊后按Zig-Zag排序的一維 系數(shù)矩陣為Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由于打印前后幅值較小 DCT系數(shù)變化較明顯，因此，在進行水印嵌入前先對所選系數(shù)中幅值較小的系數(shù)進行修正， 設修改的幅值強度為d，d > 0，當所選系數(shù)的幅值的絕對值小于d，則將系數(shù)的幅值修改為 d，正負號不變，某一分塊對應的要嵌入水印信息為1時，修改系數(shù)滿足Pt (i) XPt (1+i) > 0 (1)當要嵌入水印信息為0時，修改系數(shù)滿足Pt (i) XPt (1+i) < 0 (2)若是不滿足式(1)和式(2)，則修改Pt(i)和Pt(l+i)中絕對值較小的一個符號， 使其滿足上式，按照上面的嵌入方法，將整個二值水印圖像嵌入到原始圖像的DCT域；對嵌 入完水印信息的DCT系數(shù)矩陣進行分塊反離散余弦變換，即可得到嵌入水印信息的防偽圖 像；在嵌入水印時，既要考慮算法的不可見性，還要考慮算法的魯棒性。本發(fā)明對水印 嵌入算法的三個系數(shù)的選取，即起始位置s，嵌入長度1，系數(shù)幅值強度d，直接決定著防偽 圖像的不可見性和魯棒性。s選的過小時，嵌入位置就靠近了低頻區(qū)域，水印的魯棒性增強，但是同時水印的 不可見性卻相對減?。划攕選的過大時，嵌入的位置就靠近了高頻區(qū)域，水印的不可見性增 強，但魯棒性卻減小。因此綜合考慮，本文選取中低頻來嵌入水印，即S = 5，選取1 = 13。1過小時，魯棒性減小，不可見性增強；1過大時，魯棒性增強，不可見性減小，同時 也加大了算法的運算時間。另外，在選取1時，還要考慮起始位置S，當S靠近低中頻時，1 選取過大，使水印嵌入的位置集中在高頻，這樣不但不會增強水印的魯棒性，反而會減小水 印的魯棒性。因此，選取1 = 13。對于第三個系數(shù)幅值強度d，則是為了增大算法的魯棒性。若d取的過小則對于增 大算法的魯棒性沒有太大改變，若d過大則可能因為修改的幅值過大而減小水印的不可見 性。(3)、水印檢測過程對流通于市場的印刷品使用具有拍照功能的手機對印刷品進行拍攝，將拍攝圖像 通過聯(lián)網(wǎng)計算機或移動網(wǎng)絡上傳至認證中心，認證中心啟動水印檢測模塊進行檢測對拍照后的疑似數(shù)字圖像進行kXk的分塊，每一塊進行DCT變換，得到分塊DCT 系數(shù)矩陣，對每一分塊DCT變換并按Zig-Zag排序后的系數(shù)一維矩陣為P‘ t (i)，其中t =1,2,3, Λ, nXn ；i = 1,2,3, Λ，kX k，對于每一個分塊，只提取Ibit的水印信息，若P' t(i)XP' t(l+i) >0，則提取出的水印信息為1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，則提 取出的水印信息為0，最后根據(jù)歸一化相似度計算公式計算從圖片中提出的水印圖像和原 始水印圖像的相似度，只有提取出水印的相似度的閾值達到86%時，才認為水印提取成功， 該印刷品為真品，否則說明印刷品是偽品。步驟(3)中提取出的條碼水印信息可能會出現(xiàn)錯碼，對提取出的條碼水印通過模 糊數(shù)學理論中最大隸屬度原則進行了糾正，其過程如下定義提取出水印為W'」，其對水印 信息為1的隸屬度為W' J(I)jW' J(2), Λ, W'」(1)中水印信息為1的個數(shù)/1對水印信息為0的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為0的個數(shù)/1若水印信息為1的隸屬度大于水印信息為0的隸屬度，則判定W' j為1，否則為 O0參見圖4，本發(fā)明的服務用戶過程用戶在需要對有該印刷產(chǎn)品進行真?zhèn)伪鎰e時，可以提供兩種方法實現(xiàn)1)用戶可應用具有拍照功能的手機對印刷品進行拍攝，將拍攝圖像通過移動網(wǎng)絡 平臺上傳圖像到認證中心申請檢測商品真?zhèn)危J證中心對圖像提取水印后，將相關信息 返回移動網(wǎng)絡平臺，再由移動網(wǎng)絡平臺將結果以短信形式發(fā)回查詢用戶。2)對于支持JAVA程序的手機用戶來講，可以通過訪問生產(chǎn)企業(yè)的Internet網(wǎng)絡 認證中心下載水印檢測軟件，實時的檢測印刷品真?zhèn)巍?br> 權利要求
基于數(shù)字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法，其特征在于首先將二值條碼進行處理后，嵌入到載體圖像，然后經(jīng)一次打印后成為正版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法讀取水印，以鑒別印刷品的真?zhèn)危瑥亩_到防偽目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法，其特 征在于所述的防偽認證方法通過以下步驟實現(xiàn)(1)、二值條碼的生成對原始條碼W進行修剪處理，分為嵌入的水印部分信息Wl和保留的水印部分信息W2， 其中，嵌入的水印部分信息Wl的大小為原始條碼W的54%，將其嵌入到載體圖像中，起到版 權證明的作用，然后通過水印檢測方法從被拍照后的載體圖像中提取出水印信息W1’，將其 與保留的水印部分信息W2進行合并形成條碼W’，最后采用最大隸屬度原則，對條碼W’進行 修正，得到修正后的二值條碼水印圖像；(2)、防偽圖像的生成根據(jù)載體圖像與步驟(1)所得到的二值條碼水印圖像的大小關系對載體圖像進行 kXk分塊，對每一個分塊進行離散余弦變換，得到分塊DCT系數(shù)矩陣；將每一個分塊DCT系 數(shù)矩陣的系數(shù)值按照Zig-Zag進行排序，選取嵌入的水印的起始位置為s，嵌入的長度為 21，對每一個分塊的DCT系數(shù)重復地嵌入1次Ibit信息，設分塊后按Zig-Zag排序的一維 系數(shù)矩陣為Pt (i)，其中t = 1,2,3, Λ,ηΧη ；i = 1,2,3, Λ，kX k，由于打印前后幅值較小 DCT系數(shù)變化較明顯，因此，在進行水印嵌入前先對所選系數(shù)中幅值較小的系數(shù)進行修正， 設修改的幅值強度為d，d > 0，當所選系數(shù)的幅值的絕對值小于d，則將系數(shù)的幅值修改為 d，正負號不變，某一分塊對應的要嵌入水印信息為1時，修改系數(shù)滿足Pt (i) XPt(Ι+i) > 0當要嵌入水印信息為0時，修改系數(shù)滿足Pt (i) XPt(Ι+i) < 0若是不滿足以上兩個公式，則修改Pt(i)和Pt(l+i)中絕對值較小的一個符號，使其滿 足上式，按照上面的嵌入方法，將整個二值水印圖像嵌入到原始圖像的DCT域；對嵌入完水 印信息的DCT系數(shù)矩陣進行分塊反離散余弦變換，即可得到嵌入水印信息的防偽圖像；(3)、水印檢測過程對流通于市場的印刷品使用具有拍照功能的手機對印刷品進行拍攝，將拍攝圖像通過 聯(lián)網(wǎng)計算機或移動網(wǎng)絡上傳至認證中心，認證中心啟動水印檢測模塊進行檢測對拍照后的疑似數(shù)字圖像進行kXk的分塊，每一塊進行DCT變換，得到分塊DCT系 數(shù)矩陣，對每一分塊DCT變換并按Zig-Zag排序后的系數(shù)一維矩陣為P' t(i)，其中t =1,2,3, Λ, nXn ；i = 1,2,3, Λ，kX k，對于每一個分塊，只提取Ibit的水印信息，若 P' t(i)XP' t(l+i) >0，則提取出的水印信息為1，若P' t(i)XP' t(l+i)<=0，則提 取出的水印信息為0，最后根據(jù)歸一化相似度計算公式計算從圖片中提出的水印圖像和原 始水印圖像的相似度，只有提取出水印的相似度的閾值達到86%時，才認為水印提取成功， 認定該印刷品為真品，否則說明印刷品是偽品。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于數(shù)字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法，其特 征在于所述的步驟(3)中提取出的條碼水印信息可能會出現(xiàn)錯碼，對提取出的條碼水印通過模糊數(shù)學理論中最大隸屬度原則進行了糾正，其過程如下定義提取出水印為W'」，其 對水印信息為1的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W' j(l)中水印信息為1的個數(shù)/1 對水印信息為0的隸屬度為W' J(I)jW' j(2), Λ, W'」(1)中水印信息為0的個數(shù)/1若水印信息為1的隸屬度大于水印信息為0的隸屬度，則判定W' j為1，否則為0。
全文摘要
本發(fā)明基于數(shù)字水印技術的印刷品防偽圖像的防偽認證方法。大多數(shù)加密技術和數(shù)字水印方法僅僅對圖像提供數(shù)字域的防偽功能，不能抵抗幾何攻擊和類似于打印掃描等攻擊。本發(fā)明首先將二值條碼進行處理后，嵌入到載體圖像，然后，經(jīng)一次打印后成為正版印刷品；對印刷品利用手機進行拍照上傳到認證中心，利用檢測算法讀取水印，以鑒別印刷品的真?zhèn)?，從而達到防偽目的。本發(fā)明由于嵌入印刷品中的水印是不可見的，因此隱藏性、安全性好，利用手機實現(xiàn)檢測，設備方便，具有可移動性等，有廣闊的應用前景。
文檔編號G06T1/00GK101923701SQ20101023023
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者王凌云, 王可, 王慧琴, 茅世豪, 趙敏, 雷潔 申請人:西安建筑科技大學