Zernike矩和DWT-NSCT的数字水印算法

技术领域

本发明提出一种Zernike矩和DWT-NSCT的数字水印算法，属于信息隐藏技术领域。

背景技术

随着互联网的快速发展，图像数据的传输量显著增加。若不进行版权保护，这些图像会很容易被复制、修改。数字水印是一种保护图像所有权的技术，通过在图像中嵌入具有较强鲁棒性的水印，来保护图像的所有权。针对图像水印的攻击主要有两类：常规攻击和几何攻击。鲁棒水印的研究已经取得了良好的研究成果。然而，在现有的许多算法中，大多数算法同时抵抗常规攻击和几何攻击的能力都不能令人满意。

发明内容

针对目前的鲁棒水印难以同时抵抗常规攻击和几何攻击的问题。本发明提出了一种Zernike矩和DWT-NSCT的数字水印算法。首先对宿主图像进行 DWT-NSCT变换，对水印图像进行奇异值分解(SVD)并将两奇异值进行相加。在水印检测时，首先利用Zernike矩估计图像的旋转角度进行旋转校正再进行水印的提取。仿真结果表明，该算法在压缩、噪声和滤波等常规类型的攻击下均可以提取出有效的水印，并且可以很好抵抗旋转、平移等几何攻击，因此本发明算法在具有良好的不可见性的前提下，可以有效抵抗常规攻击和几何攻击。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

Zernike矩和DWT-NSCT的数字水印算法，主要包括以下步骤：

步骤1)将彩色宿主图像进行彩色空间转换后进行2级DWT变换，在低频子带上进行2层NSCT变换，对信息量最大的高频子带进行Arnold置乱；

步骤2)将置乱后的新区域和水印图像进行SVD分解，并将两奇异值进行相加，使含有水印信息的奇异值代替宿主图像的奇异值，并进行逆SVD分解、逆Arnold置乱、逆DWT和逆NSCT，最后进行彩色空间转换得到含水印的图像；

步骤3)在水印检测时，首先利用Zernike矩估计图像的旋转角度进行旋转校正再进行水印的提取；

本发明由于采取以上方法，其具有以下优点：

附图说明

图1本发明水印嵌入流程图；

图2本发明水印提取流程图；

图3本发明不可见性分析结果；

图4本发明压缩攻击后提取水印的NC值；

图5本发明噪声滤波攻击后提取水印的NC值；

图6本发明几何击后提取水印的NC值。

具体实施方式

下面结合说明书附图通过一个实例对本发明做进一步说明：

实施例：

Zernike矩和DWT-NSCT的数字水印算法嵌入流程图如图1所示，具体嵌入算法步骤描述如下：

步骤1)将RGB宿主图像转换到YCbCr颜色空间。得到亮度Y、蓝色色度Cb和红色色度Cr三个分量。YCbCr空间的分量相关度相较于RGB空间低，选择YCbCr颜色空间有利于提高算法的鲁棒性，同时为了提高算法的不可见性，根据人眼对亮度成分不敏感，选择Y分量作为水印的嵌入位置。

步骤2)对提取出的Y分量做DWT变换，选择低频LL2子带作为水印的嵌入位置。因为低频子带包含图像的大部分内容，可以有效抵抗常规攻击。

DWT(Y)＝[LL,LH,HL,HH]DWT(LL)＝[LL2,LH2,HL2,HH2]

步骤3)对图像的低频子带做2层NSCT变换得到四个包含方向信息的高频子带，计算每个子带的信息量，并对最大信息量子带H进行Arnold置乱得到H’。

其中P(α

x和y为原始图像像素点的位置，x’和y’为经过Arnold置乱后像素点的位置。

步骤4)对H’和水印图像分别进行SVD，并将水印的奇异值嵌入到宿主图像中。

S′＝S+αS

α为可调节嵌入强度，S为宿主图像的奇异值，S

步骤5)进行逆SVD分解、逆Arnold置乱、逆NSCT变换、逆DWT 变换和彩色空间转换，得到嵌入水印的RGB图像。

对水印嵌入过程进行逆向操作，实现水印的检测与提取，提取流程图如图2所示。

首先计算待检测图像的Zernike矩，并将其与嵌入水印的宿主图像的 Zernike矩进行比较，对图像进行旋转校正。

对图像进行步骤1、步骤2和步骤3，得到嵌入水印的区域。

进一步的对嵌入水印的区域进行SVD分解，按照嵌入公式的逆运算，得到原始水印信息，再进行逆SVD分解，便得到最初嵌入的水印信息。

性能评价指标

使用峰值信噪比(PSNR)来评估水印算法的不可见性：

I为原始宿主图像，I’为嵌入水印图像后的宿主图像。

选择归一化系数(NC)

W(i，j)为原始水印图像，W’(i，j)为提取出来的水印图像。

实验结果

为验证算法的不可见性，选择lena、baboon、pepper和airplane四张图片为宿主图像和upc和logo图片为水印图像。实验结果如图3所示，所有的PSNR 均在38以上，因此，算法具有良好的不可见性。

为评价算法的鲁棒性，选择lena图像为宿主图像以及logo为水印图像，对含水印的图像进行不同类型的各种攻击，实验结果如图4、5和6所示，在抵御常规攻击和几何攻击上，算法均表现出优越的鲁棒性。

本发明的保护范围也并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。