彩色图像超复数空间的自适应水印算法

摘要

本发明属于图像信号处理技术领域，具体为一种彩色图像超复数空间的自适应水印算法。它首先对彩色载体图像进行快速超复数傅氏变换，在超复数频谱实部选择合适频段的基础上，再利用人类视觉系统对彩色载体图像的纹理、边缘和亮度的掩蔽特性，对选择的频段赋予不同的掩蔽强度而嵌入水印，从而在超复数频域内实现了一种彩色载体图像自适应的水印算法。实验结果表明，通过彩色图像的自适应掩蔽，大大提高了超复数频域水印算法的不易感知性和鲁棒性，且抗攻击性能也优于无自适应掩蔽的超复数频域水印算法；和现有文献的比较结果验证了本发明的这些优越性。

主权项

1.一种彩色图像超复数空间的自适应水印算法，其特征在于嵌入数字水印的具体步骤如下：(1)首先对彩色载体图像进行超复数建模：把彩色载体图像f₀的每一像素的RGB模型分别表示为纯超复数形式：f₀(x，y)＝R(x，y)i+G(x，y)j+B(x，y)k，其中，(x，y)为彩色载体图像中像素的坐标，即像素所在的矩阵行和列的位置，R、G、B分别表示红、绿、蓝三种颜色；(2)采用密钥Key控制的伪随机数发生器，伪随机地选择M_m×N_m个整数，取值范围是1-14，作为数字水印的嵌入位置；根据彩色载体图像分块规则，把彩色载体图像f₀分成8×8的单位小块；(3)计算彩色载体图像的纹理掩蔽因子：计算红、绿、蓝每一色的直方图方差，再取平均得到平均直方图方差，对平均直方图方差进行归一化得到σ²_u，用σ_u的平方根作为每个单位小块的纹理掩蔽的描述子，并把它规整为0～5级，即纹理掩蔽因子为：其中，round(x)表示对x进行四舍五入；(4)计算彩色载体图像的边缘掩蔽因子：根据超复数彩色边缘检测算法或经典的canny边缘算子，计算彩色载体图像的边缘信息，设P_E表示8×8单位小块中边缘点的和，则归一化后的5级边缘掩蔽因子为：M_E＝round(5P_E/max(P_E))；(5)计算彩色载体图像的亮度掩蔽因子：根据彩色载体图像的亮度f_A＝得到每个8×8单位小块的平均亮度值为：设表示彩色载体图像的中等亮度，则亮度掩蔽的描述子由表示，归一化后的5级亮度掩蔽因子为：M_I＝round(5P_I/max(P_I))；(6)综合考虑上述彩色载体图像的纹理、边缘和亮度掩蔽特性，彩色载体图像的自适应数字水印掩蔽因子为：J_I＝M_T-M_E+M_I，然后去除M_T-M_E+M_I的最大值和最小值，再把得到的结果规整为0～5级，数值加1，获得最终的1～6级自适应掩蔽因子J_I；(7)把彩色载体图像f₀分成8×8的单位小块，对每一个8×8单位小块按照下式进行超复数傅氏变换：F^R(u，v)＝i(real(R_RFT)+μ·imag(R_RFT))      +j(real(G_RFT)+μ·imag(G_RFT))      +k(real(B_RFT)+μ·imag(B_RFT)) 式中real(p)表示取复数p的实部，imag(p)表示取复数p的虚部；p_RFT表示p的实数傅氏变换；μ为单位虚向量，取强度图像矢量(8)按照“交叉冗余嵌入”规则，在每个单位小块的超复数傅氏变换F^R(u，v)的实数部分A(u，v)中的对应嵌入位置，用量化索引调制方法嵌入水印数据，同时修改水印数据对称系数的值；每个单位小块的量化单位Δ为该单位小块的1～6级的自适应掩蔽因子J_I和最小量化单位Δ₀的乘积，其中，(u，v)是嵌入水印在频域的坐标；(9)设嵌入水印的频域载体图像为F^R(u，v)＝A(u，v)+iC(u，v)+jD(u，v)+kE(u，v)，把所有的嵌入水印的单位小块，按照下式进行超复数傅氏逆变换，得到最终的时空域内的含水印载体图像f_wm：f_wm(x，y)＝(real(A_IRFT)+μ·imag(A_IRFT))         +i(real(C_IRFT)+μ·imag(C_IRFT))         +j(real(D_IRFT)+μ·imag(D_IRFT))         +k(real(E_IRFT)+μ·imag(E_IRFT)) 。