CN108230224A - 一种针对校正后色盲图像的图像水印嵌入方法和提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对校正后色盲图像的图像水印嵌入方法，首先，将原始图像从RGB空间转换为LMS空间；将图像的LMS空间分离为L,M,S三个通道；计算图像的亮度分量；将图像的亮度分量Lum(i,j)与水印w(i，j)及常数s相乘，调整水印强度；然后将调整强度后的水印添加到原始图像中颜色分量最大的通道以创建水印分量；将水印分量与图像原始的另外两个颜色分量结合得到嵌入水印后的LMS空间图像；最后，将图像从LMS空间转换回RGB空间，得到嵌入水印后的RGB图像。

Description

一种针对校正后色盲图像的图像水印嵌入方法和提取方法

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，是一种专门针对色盲图像校正后开发的数字图像水印技术，针对最常见的色盲图像校正技术的鲁棒性良好。

背景技术

(1)数字图像水印技术

数字水印技术属于信息隐藏技术，数字水印是指嵌入到被保护对象(如静止图像、视频等)中的某些能够证明其版权归属的数字信息，可以是序列号、公司标志等。数字水印技术是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性把水印信息嵌入数字作品中，从而起到保护数字产品版权或完整性的一种技术，以解决数字作品版权保护问题，它在灰度图像和彩色图像中的应用已进行了广泛、深入的研究。

(2)色盲图像校正

正常色觉的人拥有固定比例的三种视锥细胞(长波视锥细胞L、中波视锥细胞M、短波视锥细胞S)，称为正常三色觉。色觉异常是由于一种或多种视锥细胞完全丧失或部分缺失而导致。某种视锥细胞部分缺失者，则称为异常三色觉，具体分为红色弱、绿色弱、蓝色弱；完全丧失某一种视锥细胞者，称为二色觉，具体分为红色盲、绿色盲、蓝色盲。我们平常看到的图像都是RGB色彩域里面的，要对其进行色盲图像校正就要将其转换到LMS颜色域并针对不同色盲患者进行图像校正。色盲图像校正的计算过程如下：

1.通过式(1)将RGB颜色空间的颜色值转换为LMS颜色空间。

其中R，G和B分别是RGB颜色空间中的红色，绿色和蓝色分量。

2.通过使用式(2)转换从步骤1获得的所有三个分量来模拟色盲的颜色感知。

其中L_p，M_p和S_p分别是模拟由色盲人员所感知的L，M和S通道。

3.用式(3)计算正常和色盲感知之间的误差。

其中E_L，E_M和E_S分别是L，M和S颜色分量中的误差分量。

4.通过应用式(4)的变换，将上述所求误差重新分配给另外两个可见颜色分量，即M和S颜色分量。

其中E_{L_MOD}，E_{M_MOD}和E_{S_MOD}是与色盲相关的颜色和与正常感知相关的颜色的误差部分，而φ是0到1之间的标量值，用于改变色度强度。

5.分别用三个重新着色的L，M和S分量—L_p，RE，M_p，RE和S_p，RE来创建LMS颜色空间中的重新着色图像；将步骤4中的误差分量添加到原始的L，M和S颜色分量中，从而得到重新着色的组件。

6.将在LMS颜色空间中获得的结果最终通过式(6)转换回RGB颜色空间

其中R_re，G_re，B_re是RGB颜色空间中的重新着色组件。

目前，大多数彩色图像水印方法都是在没有考虑色盲图像校正的情况下开发出来的，当将这种水印嵌入进色盲校正的图像后，由于颜色空间问题，会破坏嵌入其中的一些部分或整个水印。因此，为了对色盲人员进行视觉改善，同时对图像进行保护，本发明针对色盲校正后的图像开发一种彩色图像水印方法。

发明内容

为了完善当将普通水印嵌入色盲校正后的图像会对水印造成破坏这一缺陷，本发明提出了一种针对校正后色盲图像的图像水印嵌入方法，包括以下步骤；

步骤1，将原始图像从RGB空间转换为LMS空间；

步骤2，将图像的LMS空间分离为L,M,S三个通道；

步骤3，计算图像的亮度分量；

Lum(i,j)＝2L(i,j)+M(i,j)+0.05S(i,j) (1)

步骤4，将图像的亮度分量Lum(i,j)与水印w(i，j)及常数s相乘，调整水印强度,其中，i,j是指坐标值,w(i，j)是指水印里第i行第j列的像素值；

步骤5，将调整强度后的水印添加到原始图像中颜色分量最大的通道以创建水印分量；

步骤6，将水印分量与图像原始的另外两个颜色分量结合得到嵌入水印后的LMS空间图像；

步骤7，将图像从LMS空间转换回RGB空间，得到嵌入水印后的RGB图像。

进一步的,所述水印信号的实现方式为，将二值图像形式的水印信号置换为整个图像上分散比特值0和1，并根据基于密钥的伪随机比特发生器用随机比特异或来隐藏其原始值，将结果中的所有比特0转换成-1以生成准备嵌入的水印w(i,j)∈{-1,1}。

本发明还提供了一种针对校正后色盲图像的图像水印提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将嵌入水印后的LMS空间图像里的水印分量进行分离，得到K’；

步骤2，基于K’周围3×3的区域，预测原始图像对应于K’的颜色分量的预测值K”；

步骤3，用K’减去预测分量K”得到水印记为w'(i,j)；

w'(i,j)＝K'(i,j)-K"(i,j) (4)

步骤4，根据w'(i,j)的符号估计出原始水印w(i,j)。

进一步的，步骤4中根据w'(i,j)的符号估计出原始水印w的实现方式为，w'(i,j)中的正数提取水印为1，负数提取水印为0。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明在在水印嵌入过程中，根据来自相同颜色空间的亮度分量来调整水印的强度，然后将调整强度后的水印嵌入到主图像的长，中，短波长(LMS)色彩空间中颜色分量最大分量中，以声明该图像的拥有者，嵌入后的的水印鲁棒性更好、更具完整性，且不受图像色彩空间的影响。在水印提取过程中，通过利用嵌入位的周围局部区域内的水印化组件的关系来估计原始颜色分量，用以提取水印。

附图说明

图1为本发明水印嵌入方法流程图；

图2为本发明水印提取方法流程图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的实施方式。

1.水印的嵌入过程

将二值图像形式的水印信号置换为整个图像上分散比特值0和1，并根据基于密钥的伪随机比特发生器用随机比特异或来隐藏其原始值。将结果中的所有比特0转换成-1以生成准备嵌入的水印w(i,j)∈{-1,1}，w(i,j)的强度通过将其与常数值s和嵌入像素的亮度相乘来调整,常数S的取值根据亮度值以及需要嵌入的水印强度来选取。亮度分量用于根据人类视觉系统来调整水印的强度，因为高亮度像素的变化对于人眼来说是不可感知的。亮度Lum(i,j)可以直接从LMS颜色空间中的三个颜色分量计算。

Lum(i,j)＝2L(i,j)+M(i,j)+0.05S(i,j). (1)

其中，i,j是指坐标值，w(i，j)是指二值水印里第i行第j列的像素值，L(i,j)是指LMS颜色空间图像第i行第j列的L通道值，M(i,j)是指LMS颜色空间图像第i行第j列的M通道值，S(i,j)是指LMS颜色空间图像第i行第j列的S通道值，Lum(i,j)是指LMS颜色空间图像第i行第j列的亮度值。将RGB空间中的原始主机图像I_RGB转换为LMS，得到I_LMS，然后将M颜色分量从I_LMS中分离出来，并用于水印嵌入。将调整过强度的水印添加到M颜色分量(此处根据原图像选择颜色分量较大的通道进行嵌入，此处以M分量为例)以创建水印分量M'(i，j)。

M'(i，j)＝M(i，j)+w(i，j)·s·Lum(i，j) (2)

最后，将M'(i，j)与原始的L和S颜色分量相结合，并将其转换回RGB水印图像I'_RGB(i，j)。

2.水印的提取过程

基于水印分量周围的M'(i，j)值的线性组合的预测技术被用于预测原始M分量，不需要原始主图像I_RGB。我们可以假设小区域内的M分量的值略有不同，则M'的3×3区域中心的原始M值可以由其周围区域通过式(3)预测。

其中M"(i,j)是原始M颜色分量的预测分量，然后可以通过式(4)来获得提取的水印比特w'(i,j)。

w'(i,j)＝M'(i,j)-M"(i,j) (4)

根据w'(i,j)的符号来估计w(i,j)的原始值，其中正数表示1，负数表示0。最终的结果是使用与在嵌入过程中相同的伪随机比特流进行异或和置换以构造提取的水印图像。

具体实施时，本发明可采用计算机流程自动实现：如图1所示，为本发明水印嵌入部分实施方法，包含以下步骤：

1)将原始图像从RGB空间转换为LMS空间；

2)将图像的LMS空间分离为L,M,S三个通道；

3)计算出图像的亮度分量；

4)将图像的亮度分量Lum与准备好的水印w，常数s相乘以达到调整水印强度的目的；

5)将调整过强度的水印添加到图像的M分量中以创建水印分量；

6)将水印分量与图像的L,S分量结合得到嵌入水印后的LMS空间图像；

7)将图像从LMS空间转换回RGB空间得到嵌入水印后的RGB图像达到嵌入水印的目的。

如图2所，为本发明水印提取部分实施方法，包含以下步骤：

1)将嵌入水印后的LMS空间图像里的M分量分离出来得到M＇；

2)用原始分量预测法通过M＇的周围区域得到原始图像M分量的预测分量M＂；

3)用M＇分量减去预测分量M＂得到水印记为w＇；

4)通过w＇估计出原始水印w达到提取水印的目的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种针对校正后色盲图像的图像水印嵌入方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将原始图像从RGB空间转换为LMS空间；

步骤2，将图像的LMS空间分离为L,M,S三个通道；

步骤3，计算图像的亮度分量；

Lum(i,j)＝2L(i,j)+M(i,j)+0.05S(i,j) (1)

步骤4，将图像的亮度分量Lum(i,j)与水印w(i，j)及常数s相乘，调整水印强度，其中，i,j是指坐标值,w(i，j)是指水印里第i行第j列的像素值；

步骤5，将调整强度后的水印添加到原始图像中颜色分量最大的通道以创建水印分量；

步骤6，将水印分量与图像原始的另外两个颜色分量结合得到嵌入水印后的LMS空间图像；

步骤7，将图像从LMS空间转换回RGB空间，得到嵌入水印后的RGB图像。

2.如权利要求1所述的一种针对校正后色盲图像的图像水印嵌入方法，其特征在于：所述水印信号的实现方式为，将二值图像形式的水印信号置换为整个图像上分散比特值0和1，并根据基于密钥的伪随机比特发生器用随机比特异或来隐藏其原始值，将结果中的所有比特0转换成-1以生成准备嵌入的水印w(i,j)∈{-1,1}。

3.一种针对校正后色盲图像的图像水印提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将嵌入水印后的LMS空间图像里的水印分量进行分离，得到K’；

步骤2，基于K’周围3×3的区域，预测原始图像对应于K’的颜色分量的预测值K”；

步骤3，用K’减去预测分量K”得到水印记为w'(i,j)；

w'(i,j)＝K'(i,j)-K"(i,j) (4)

步骤4，根据w'(i,j)的符号估计出原始水印w(i,j)。

4.如权利要求3所述的一种针对校正后色盲图像的图像水印提取方法，其特征在于：步骤4中根据w'(i,j)的符号估计出原始水印w的实现方式为，w'(i,j)中的正数提取水印为1，负数提取水印为0。