基于图像防伪的数字水印系统的开发

论文摘要

本文以基于DCT的鲁棒水印算法为研究对象,通过MATLAB软件对灰度图像和彩色图像分别采取方法编程处理,开发数字水印系统,包括嵌入和提取两个软件。本文中选取二值BMP图像作为嵌入水印。对于灰度图像,进行单通道的水印嵌入和提取；对于彩色图像,将RGB模式转换为YcbCr模式,提取出Y通道,即亮度通道,进行水印的嵌入和提取,这将最大程度地减小对图像质量的破坏。在数字水印的嵌入和提取系统的开发前,进行了如下部分的实验：一是各参数变量对嵌入和提取的结果的影响,包括嵌入水印强度K、图像分块数目、不同水印大小；二是对该算法鲁棒性的验证,即抵抗外界攻击的能力,包括剪切、涂改、JPEG压缩、高斯噪声、打印-扫描。最后,采用MATLAB软件GUI设计,进行数字水印嵌入和提取系统的开发。各参数变量对嵌入和提取的结果影响的研究表明,该算法能够将一定大小的水印嵌入到图像中,其中变量嵌入水印强度K越大,嵌入后图像的质量越差,但是,对于提取水印与原始水印的相似度没有影响；图像分块数目越多,嵌入后图像的质量受破坏越严重,但是,提取水印与原始水印的相似度越高；根据改变水印大小,可知对于原始图像大小有与之相对应的水印大小,大于一定范围则无法完成嵌入和提取。鲁棒性验证的研究发现,对于原始灰度图像和彩色图像,不定量、不固定位置的剪切和涂改、一定量的JPEG压缩和高斯噪声攻击后,仍能够顺利的将水印图像提取出来。在抗打印-扫描实验中,对扫描后的图像进行gamma校正后,其提取水印相似度有较大提高。该算法能够很好的抵抗外界攻击,鲁棒性较好。数字水印嵌入和提取软件开发过程中,使用MATLAB编程软件的GUI设计,并根据上文算法研究结果,进行嵌入和提取软件菜单栏、可视界面设计和信噪比、相似度的计算功能设计,开发出对于灰度图像和彩色图像的数字水印嵌入和提取软件。能够实现图像水印的嵌入和提取,并能够计算信噪比PSNR值和水印相似度sim值,从而对提取和嵌入结果进行评价和验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究目的、意义和研究内容
• 1.3.1 研究目的及意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 数字水印算法的实现实验
• 2.1.1 实验仪器与材料
• 2.1.2 数字水印系统介绍
• 2.1.3 DCT-离散余弦变换
• 2.1.4 基于DCT鲁棒水印算法的嵌入和提取
• 2.1.5 RGB彩色图像嵌入空间
• 2.1.6 嵌入和提取结果的评价方法
• 2.2 数字水印算法的检测实验
• 2.2.1 实验准备
• 2.2.2 攻击类型及检测方法
• 2.3 数字水印系统的开发实验
• 2.3.1 实验准备
• 2.3.2 MATLAB软件概述
• 2.3.3 数字水印系统的GUI开发设计
• 3 结果与讨论
• 3.1 数字水印的嵌入和提取
• 3.1.1 不同嵌入强度K的比较
• 3.1.2 不同图像分块的比较
• 3.1.3 不同水印大小的比较
• 3.1.4 小结
• 3.2 数字水印系统检测
• 3.2.1 抗剪切攻击结果
• 3.2.2 抗涂改攻击结果
• 3.2.3 抗高斯噪声攻击结果
• 3.2.4 抗JPEG压缩攻击结果
• 3.2.5 抗打印-扫描攻击结果
• 3.2.6 小结
• 3.3 数字水印系统开发设计
• 3.3.1 数字水印系统功能介绍
• 3.3.2 数字水印嵌入软件开发结果
• 3.3.3 数字水印检测/提取软件开发结果
• 3.3.4 小结
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢
• 附录