[發(fā)明專(zhuān)利]一種對(duì)抗色調(diào)映射的高動(dòng)態(tài)范圍圖像水印方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710158489.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107067362B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣剛毅;白永強(qiáng);陳芬;王揚(yáng);王靜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T1/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T1/00
• 代理公司: 寧波奧圣專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

1.一種對(duì)抗色調(diào)映射的高動(dòng)態(tài)范圍圖像水印方法，其特征在于包括水印嵌入和水印提取兩部分；

所述的水印嵌入部分的具體步驟為：

①_1、將待嵌入的原始二值水印序列記為W；將待嵌入水印的RGBE、OpenEXR或LogLuv格式的原始高動(dòng)態(tài)范圍圖像記為I_org，I_org的高度為R_org，I_org的寬度為C_org；并人為設(shè)定I_org嵌入水印后得到的高動(dòng)態(tài)范圍圖像相對(duì)于I_org的圖像質(zhì)量值，記為Q；其中，Q∈[70,100]；

①_2、將I_org從RGB空間轉(zhuǎn)化到HSV空間，得到I_org的H層圖像、S層圖像和V層圖像，對(duì)應(yīng)記為I_org-H、I_org-S和I_org-V；然后判斷R_org和C_org是否能夠被4整除，如果R_org和C_org均能夠被4整除，則對(duì)I_org-V不進(jìn)行像素點(diǎn)填充，并將I_org-V重新記為I_org-V-new，I_org-V-new的高度為R_new，I_org-V-new的寬度為C_new，R_new＝R_org，C_new＝C_org；如果R_org能夠被4整除，而C_org不能夠被4整除，則在I_org-V的最右側(cè)填充4-mod(C_org,4)列像素點(diǎn)，且令填充的所有像素點(diǎn)的像素值為0，并將填充后得到的圖像記為I_org-V-new，I_org-V-new的高度為R_new，I_org-V-new的寬度為C_new，R_new＝R_org，C_new＝4-mod(C_org,4)+C_org；如果R_org不能夠被4整除，而C_org能夠被4整除，則在I_org-V的最下側(cè)填充4-mod(R_org,4)行像素點(diǎn)，且令填充的所有像素點(diǎn)的像素值為0，并將填充后得到的圖像記為I_org-V-new，I_org-V-new的高度為R_new，I_org-V-new的寬度為C_new，R_new＝4-mod(R_org,4)+R_org，C_new＝C_org；如果R_org和C_org均不能夠被4整除，則在I_org-V的最右側(cè)填充4-mod(C_org,4)列像素點(diǎn)，在I_org-V的最下側(cè)填充4-mod(R_org,4)行像素點(diǎn)，且令填充的所有像素點(diǎn)的像素值為0，并將填充后得到的圖像記為I_org-V-new，I_org-V-new的高度為R_new，I_org-V-new的寬度為C_new，R_new＝4-mod(R_org,4)+R_org，C_new＝4-mod(C_org,4)+C_org；其中，R_new＝R_org和C_new＝C_org中的“＝”為賦值符號(hào)，mod()為取余函數(shù)；

①_3、對(duì)I_org-V-new進(jìn)行一級(jí)冗余小波變換，得到I_org-V-new的低頻近似分量、水平方向高頻分量、垂直方向高頻分量和對(duì)角線(xiàn)方向高頻分量，對(duì)應(yīng)記為L(zhǎng)L_org-V-new、HL_org-V-new、LH_org-V-new和HH_org-V-new；然后將LL_org-V-new劃分成個(gè)互不重疊的尺寸大小為4×4的分塊，將LL_org-V-new中坐標(biāo)位置為(x,y)的分塊記為B_LL,org(x,y)；其中，

①_4、對(duì)I_org-V-new中的每個(gè)像素點(diǎn)的像素值進(jìn)行對(duì)數(shù)歸一化處理，得到對(duì)數(shù)歸一化處理后的圖像，記為I'_org-V-new；然后將I'_org-V-new劃分成個(gè)互不重疊的尺寸大小為4×4的分塊，將I'_org-V-new中坐標(biāo)位置為(x,y)的分塊記為B_org-V-new(x,y)；再對(duì)I'_org-V-new進(jìn)行下采樣處理，得到下采樣處理后的圖像，記為Value_org-V-new，Value_org-V-new的高度為Value_org-V-new的寬度為將Value_org-V-new中坐標(biāo)位置為(x,y)的像素點(diǎn)的像素值記為Value_org-V-new(x,y)，Value_org-V-new(x,y)的值等于B_org-V-new(x,y)中的所有像素點(diǎn)的像素值中的最小值；

①_5、對(duì)Value_org-V-new進(jìn)行二值化處理，得到I_org-V-new的感知掩膜，記為Mark_org-V-new，將Mark_org-V-new中坐標(biāo)位置為(x,y)的像素點(diǎn)的像素值記為Mark_org-V-new(x,y)，然后根據(jù)Mark_org-V-new中的每個(gè)像素點(diǎn)的像素值，判定LL_org-V-new中對(duì)應(yīng)坐標(biāo)位置的分塊是否嵌入水印，對(duì)于B_LL,org(x,y)，如果Mark_org-V-new(x,y)＝0，則判定B_LL,org(x,y)不需嵌入水印；如果Mark_org-V-new(x,y)＝1，則判定B_LL,org(x,y)需嵌入水印；其中，β表示掩膜亮度閾值，β∈[0,1]，β的初始值為1；

①_6、對(duì)LL_org-V-new中判定為需嵌入水印的每個(gè)分塊進(jìn)行奇異值分解變換，得到LL_org-V-new中判定為需嵌入水印的每個(gè)分塊的維數(shù)為4×4的U矩陣分量、維數(shù)為4×4的S矩陣分量、維數(shù)為4×4的V矩陣分量；

然后在LL_org-V-new中判定為需嵌入水印的每個(gè)分塊的U矩陣分量中的第2行第1列元素和第4行第1列元素中嵌入水印，假設(shè)B_LL,org(x,y)判定為需嵌入水印，則在B_LL,org(x,y)的U矩陣分量中的第2行第1列元素U₂₁和第4行第1列元素U₄₁中嵌入水印，如果從W中讀取的當(dāng)前待嵌入的二值水印為1，則當(dāng)U₂₁-U₄₁＜0且|U₂₁-U₄₁|＞T時(shí)，對(duì)U₂₁和U₄₁不進(jìn)行修改，至此完成B_LL,org(x,y)的水印嵌入；當(dāng)|U₂₁-U₄₁|＜T時(shí)，對(duì)U₂₁和U₄₁進(jìn)行修改，令并令至此完成B_LL,org(x,y)的水印嵌入；

如果從W中讀取的當(dāng)前待嵌入的二值水印為0，則當(dāng)U₂₁-U₄₁＞0且|U₂₁-U₄₁|＞T時(shí)，對(duì)U₂₁和U₄₁不進(jìn)行修改，至此完成B_LL,org(x,y)的水印嵌入；當(dāng)|U₂₁-U₄₁|＜T時(shí)，對(duì)U₂₁和U₄₁進(jìn)行修改，令并令至此完成B_LL,org(x,y)的水印嵌入；

其中，符號(hào)“||”為取絕對(duì)值符號(hào)，T表示水印嵌入閾值，sign()為取符號(hào)函數(shù)，和中的“＝”為賦值符號(hào)；

①_7、對(duì)嵌有水印的每個(gè)分塊進(jìn)行奇異值分解逆變換，重建低頻近似分量，將重建得到的低頻近似分量記為L(zhǎng)L^*_org-V-new；然后將LL^*_org-V-new、HL_org-V-new、LH_org-V-new和HH_org-V-new合成完整的嵌有水印的圖像；接著對(duì)嵌有水印的圖像進(jìn)行一級(jí)冗余小波變換的逆變換，得到逆變換后的嵌有水印的圖像，記為I^*_org-V-new；之后判斷R_org和C_org是否能夠被4整除，如果R_org和C_org均能夠被4整除，則對(duì)I^*_org-V-new不進(jìn)行像素點(diǎn)丟棄，將I^*_org-V-new作為嵌有水印的V層圖像，并將I^*_org-V-new重新記為I^*_org-V；如果R_org能夠被4整除，而C_org不能夠被4整除，則丟棄I^*_org-V-new的最右側(cè)的4-mod(C_org,4)列像素點(diǎn)，得到嵌有水印的V層圖像，記為I^*_org-V；如果R_org不能夠被4整除，而C_org能夠被4整除，則丟棄I^*_org-V-new的最下側(cè)的4-mod(R_org,4)行像素點(diǎn)，得到嵌有水印的V層圖像，記為I^*_org-V；如果R_org和C_org均不能夠被4整除，則丟棄I^*_org-V-new的最右側(cè)的4-mod(C_org,4)列像素點(diǎn)和最下側(cè)的4-mod(R_org,4)行像素點(diǎn)，得到嵌有水印的V層圖像，記為I^*_org-V；再將I_org-H、I_org-S和I^*_org-V合成完整的嵌有水印的HSV空間圖像，記為I^*_HSV；最后將I^*_HSV從HSV空間轉(zhuǎn)化到RGB空間，得到嵌有水印的RGB空間圖像，記為I^*_org；

①_8、利用HDR-VDP-2方法，計(jì)算I^*_org相對(duì)于Io_rg的圖像質(zhì)量值，記為Q^*；然后判斷Q^*＞Q或|Q^*-Q|＜6是否成立，如果成立，則將Mark_org-V-new確定為水印秘鑰K，將I^*_org確定為最終的嵌有水印的高動(dòng)態(tài)范圍圖像，水印嵌入過(guò)程結(jié)束；否則，令β＝β-Δstep，然后返回步驟①_5繼續(xù)執(zhí)行；其中，β＝β-Δstep中的“＝”為賦值符號(hào)，Δstep表示調(diào)整步長(zhǎng)；

所述的水印提取部分的具體步驟為：

②_1、讀取嵌有水印的高動(dòng)態(tài)范圍圖像受常規(guī)攻擊后得到的高動(dòng)態(tài)范圍圖像或受色調(diào)映射后得到的低動(dòng)態(tài)范圍圖像，記為I_stego，I_stego的高度為R_stego，I_stego的寬度為C_stego，R_stego與R_org在數(shù)值上相等，C_stego與C_org在數(shù)值上相等；

②_2、將I_stego從RGB空間轉(zhuǎn)化到HSV空間，得到I_stego的H層圖像、S層圖像和V層圖像，對(duì)應(yīng)記為I_stego-H、I_stego-S和I_stego-V；然后判斷R_stego和C_stego是否能夠被4整除，如果R_stego和C_stego均能夠被4整除，則對(duì)I_stego-V不進(jìn)行像素點(diǎn)填充，并將I_stego-V重新記為I_stego-V-new，I_stego-V-new的高度為R_{s_new}，I_stego-V-new的寬度為C_{s_new}，R_{s_new}＝R_stego，C_{s_new}＝C_stego；如果R_stego能夠被4整除，而C_stego不能夠被4整除，則在I_stego-V的最右側(cè)填充4-mod(C_stego,4)列像素點(diǎn)，且令填充的所有像素點(diǎn)的像素值為0，并將填充后得到的圖像記為I_stego-V-new，I_stego-V-new的高度為R_{s_new}，I_stego-V-new的寬度為C_{s_new}，R_{s_new}＝R_stego，C_{s_new}＝4-mod(C_stego,4)+C_stego；如果R_stego不能夠被4整除，而C_stego能夠被4整除，則在I_stego-V的最下側(cè)填充4-mod(R_stego,4)行像素點(diǎn)，且令填充的所有像素點(diǎn)的像素值為0，并將填充后得到的圖像記為I_stego-V-new，I_stego-V-new的高度為R_{s_new}，I_stego-V-new的寬度為C_{s_new}，R_{s_new}＝4-mod(R_stego,4)+R_stego，C_{s_new}＝C_stego；如果R_stego和C_stego均不能夠被4整除，則在I_stego-V的最右側(cè)填充4-mod(C_stego,4)列像素點(diǎn)，在I_stego-V的最下側(cè)填充4-mod(R_stego,4)行像素點(diǎn)，且令填充的所有像素點(diǎn)的像素值為0，并將填充后得到的圖像記為I_stego-V-new，I_stego-V-new的高度為R_{s_new}，I_stego-V-new的寬度為C_{s_new}，R_{s_new}＝4-mod(R_stego,4)+R_stego，C_{s_new}＝4-mod(C_stego,4)+C_stego；

②_3、對(duì)I_stego-V-new進(jìn)行一級(jí)冗余小波變換，得到I_stego-V-new的低頻近似分量、水平方向高頻分量、垂直方向高頻分量和對(duì)角線(xiàn)方向高頻分量，對(duì)應(yīng)記為L(zhǎng)L_stego-V-new、HL_stego-V-new、LH_stego-V-new和HH_stego-V-new；然后將LL_stego-V-new劃分成個(gè)互不重疊的尺寸大小為4×4的分塊，將LL_stego-V-new中坐標(biāo)位置為(x,y)的分塊記為B_LL,stego(x,y)；其中，

②_4、讀取水印秘鑰K；然后根據(jù)水印秘鑰K中的每個(gè)像素點(diǎn)的像素值，判定LL_stego-V-new中對(duì)應(yīng)坐標(biāo)位置的分塊是否提取水印，對(duì)于B_LL,stego(x,y)，如果Mark_org-V-new(x,y)＝0，則判定B_LL,stego(x,y)不需提取水印；如果Mark_org-V-new(x,y)＝1，則判定B_LL,stego(x,y)需提取水印；

②_5、對(duì)LL_stego-V-new中判定為需提取水印的每個(gè)分塊進(jìn)行奇異值分解變換，得到LL_stego-V-new中判定為需提取水印的每個(gè)分塊的維數(shù)為4×4的U矩陣分量、維數(shù)為4×4的S矩陣分量、維數(shù)為4×4的V矩陣分量；然后在LL_stego-V-new中判定為需提取水印的每個(gè)分塊的U矩陣分量中的第2行第1列元素和第4行第1列元素中提取水印，假設(shè)B_LL,stego(x,y)判定為需提取水印，則在B_LL,stego(x,y)的U矩陣分量中的第2行第1列元素U^*₂₁和第4行第1列元素U^*₄₁中提取水印，如果U^*₂₁＞U^*₄₁，則提取出的二值水印為0；如果U^*₂₁≤U^*₄₁，則提取出的二值水印為1；再根據(jù)提取出的所有二值水印，得到提取出的二值水印序列，記為W^*。