一种融合LU分解的空域彩色数字图像盲水印方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114862649A(43)申请公布日2022.08.05(21)申请号202210694384.6(22)申请日2022.06.20(71)申请人鲁东大学地址264025山东省烟台市芝罘区红旗中路186号(72)发明人苏庆堂孙叶函陈思宇胡方旭曹宏矫王环英(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种融合LU分解的空域彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明结合空域数字水印算法运行速度快和频域数字水印算法鲁棒性高的优点，公开了一种融合LU分解的空域彩色数字图像盲水印方法。本发明根据LU分解后所得下三角矩阵元素的相关性，在空域中获得图像块经LU分解后所得下三角矩阵的高相关性元素，并利用这些元素在空域中完成数字水印的嵌入与盲提取，而无需进行真正的LU分解即可完成。该发明能将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较好的水印隐蔽性和较强的鲁棒性，而且具有较好的实时性，解决了大容量彩色图像数字水印运行速度慢的难题，适用于快速、高效进行数字媒体版权保护的场合。CN114862649ACN114862649A权利要求书1/2页1.一种融合LU分解的空域彩色数字图像盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：第一步：首先，将一幅像素尺寸大小为N×N的彩色水印图像W依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层水印图像Wi；然后，利用基于密钥Kai的二维复合混沌映射对每个分层水印图像Wi进行置乱；最后，将置乱后的分层水印图像中每个十进制像素值用8位二进制数表示，2并依次连接形成长度为8N的分层水印位序列SWi，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：将一幅像素尺寸大小为M×M的原始彩色宿主图像H依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层水印图像Hi，并将其分成像素尺寸大小为m×m的不重叠图像块；根据分层水2印位序列长度8N，利用基于密钥Kbi的Matlab系统内置函数randperm(.)生成的伪随机序列在3个分层水印图像Hi中随机地选择出所有待嵌入水印的图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：选择一个待嵌入水印的图像块A，利用公式（1）在空域中直接计算出其经过LU分解后得到的下三角矩阵L在第k行第1列的元素Lk,1；Lk,1=Ak,1/A1,1(1)其中，Ak,1是A在第k行第1列的像素值，k∈{p,q}，1≤p,q≤m，且p≠q，m是图像块的像素尺寸大小；第四步：按先后顺序从分层水印位序列SWi中取出一位待嵌入水印信息w，依据该嵌入水印信息及公式（2）对下三角矩阵L第一列元素相应位置的值进行更改得到新的下三角矩阵L*；(2)*其中，是L在第k行第1列的元素，Lk,1是L在第k行第1列的元素，k∈{p,q}，1≤p,q≤m，且p≠q，m是图像块的像素尺寸大小，Ti是第i个图像通道的量化步长，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：利用公式（3），将高相关性元素的变化量Δk分布到待嵌入水印的图像块A的相关像素上，得到含水印图像块A*；(3)*其中，，是L在第k行第1列的元素，Lk,1是L在第k行第1列的元素，*是A在第k行第j列的像素值，Ak,j是A在第k行第j列的像素值，k∈{p,q}，1≤p,q≤m，且p≠q，1≤j≤m，m是图像块的像素尺寸大小；第六步：用含水印图像块A*替换宿主图像H中相应位置上的未嵌入水印的图像块A，完成一位水印信息嵌入到一个图像块的过程；2CN114862649A权利要求书2/2页第七步：重复执行本过程的第三步到第六步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，**最后，重组3个分层含水印图像Hi获得彩色含水印图像H，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；其水印提取过程描述如下：**第一步：将彩色含水印图像H依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层含水印图像Hi，并将其分成像素尺寸大小为m×m的不重叠图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥Kbi的Matlab系统内置函数randperm(.)生成的伪随机序列选择出所有待提取水印的图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：选择一个待提取水印的图像块A*，利用公式（4）在空域中直接计算出其经过LU分解后得到的下三角矩阵L*在第k行第1列的元素；(4)其中，是A*在第k行第1列的像素值，k∈{p,q}，1≤p,q≤m，且p≠q，m是图像块的像素尺寸大小；第四步：利用公式（5），从待提取水印的图像块A*中提取所含有的水印信息w*；(5)其中，是L*在第k行第1列的元素，k∈{p,q}，1≤p,q≤m，且p≠q，