面向文档安全的数字水印技术研究

论文摘要

随着信息网络化和印刷技术的不断发展,文档的复制和传播变得非常容易,文档信息的安全面临着极为严重的挑战。数字水印作为一种潜在的解决方案,备受青睐。本文重点研究了提升二值文本图像水印对几何攻击和打印-扫描（Print-Scan, PS）操作的鲁棒性问题,并提出了提升水印抗几何攻击性能的文本图像归一化方案,以期设计面向文档安全的更加实用的水印算法和系统。作为应用研究的一部分,水印的系统方案尤为重要。本文设计了基于二值文本图像水印的文档安全系统框架,其主要面向纸质文档和电子文档在传输过程中的安全问题。该框架包括文本图像的归一化处理、文本图像水印嵌入器和检测器。为了解决文档在PS操作和传输过程中可能遇到的文本图像加噪、倾斜、缩放等问题,本文提出了一种新的图像归一化方法,主要包括文本图像二值化、去噪、倾斜度校正以及字符切分。归一化后的图像在倾斜角、文字大小和页边距方面满足一组预先定义的标准,用于归一化的仿射变换矩阵可通过倾斜检测和字符分割技术获得。实验结果显示该方法每个步骤的操作都达到了预期的效果,一定程度上保证了水印嵌入的有效性和检测、提取的准确性,从而进一步提升文本图像水印抵抗几何攻击的性能。文档安全要求水印具有对几何攻击和PS操作的鲁棒性,然而,文本图像的特性很大程度上加大了水印设计的难度。为了解决这个问题,本文提出了一种新颖的双域水印（Double domain watermarking, DDW）,创造性的运用了基于变换域的水印方案来提升水印的鲁棒性,即水印模板作为一个变换域信号产生,但是在空间域里调整局部嵌入强度使得水印信号适合人类视觉系统的特征。DDW算法允许使用两个域的特征进行水印嵌入,且避免了直接对文本图像做变换,从而引起不可接受的质量损失。理论分析和实验都表明,DDW算法对常见的图像处理、几何攻击和PS操作具有良好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 数字水印的研究背景
• 1.2 文档安全概述
• 1.3 数字水印技术研究动态
• 1.4 本文主要工作与结构安排
• 2 文本数字水印技术概述
• 2.1 数字水印技术概述
• 2.1.1 数字水印基本框架
• 2.1.2 数字水印的特性
• 2.1.3 数字水印的分类
• 2.1.4 数字水印的应用
• 2.2 文本数字水印综述
• 2.2.1 文本数字水印的典型算法
• 2.2.1.1 字符平移法
• 2.2.1.2 字体修改法
• 2.2.1.3 内容变换法
• 2.2.1.4 像素翻转法
• 2.2.1.5 半色调技术
• 2.2.1.6 变换域算法
• 2.2.2 文本水印方案存在的主要问题
• 2.2.3 文本数字水印进一步研究的方向
• 2.2.4 文本数字水印的应用
• 2.3 小结
• 3 二值文本图像水印的系统设计
• 3.1 设计需求
• 3.1.1 打印操作对文本图像的影响
• 3.1.2 扫描过程对文本图像的影响
• 3.1.3 文档PS过程中人为因素引入的几何攻击
• 3.2 文本水印系统的设计方案
• 3.2.1 图像归一化
• 3.2.2 水印方案设计
• 3.3 小结
• 4 文本图像的归一化
• 4.1 方法概述
• 4.2 二值化
• 4.3 去噪处理
• 4.3.1 连通性法则去噪
• 4.3.2 滤波去噪
• 4.4 倾斜校正
• 4.4.1 Hough变换
• 4.4.2 多角度投影法
• 4.5 字符切分
• 4.6 小结
• 5 基于双域信息融合的水印方案
• 5.1 算法描述
• 5.2 DDW算法实现
• 5.2.1 DCT变换
• 5.2.2 关键问题的解决
• 5.3 DDW算法实验仿真
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加项目