1.一种融合奇异值分解的空域彩色图像盲水印方法,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:数字水印预处理:将大小为N×N三维彩色图像数字水印W按红、绿、蓝的三基色顺序分成3个二维分层水印图像Wi,并将分层水印图像Wi进行基于Kai的Arnold置乱变换以提高其安全性;然后,将每个十进制表示的像素用8位二进制数表示,并依次组合形成分层水印序列Wi,其中i∈{1,2,3}分别表示红、绿、蓝三层;
第二步:将大小为M×M原始宿主图像H分成3个分层宿主图像Hi,其中i∈{1,2,3}分别表示红、绿、蓝三层;同时,把每一个分层宿主图像Hi分成大小为n×n的图像块;利用基于密钥K的图像块间隔选择法在分层宿主图像Hi中选择嵌入水印位置的图像块:即在奇数行依序选取第qK-1个图像块,在偶数行依序选取第qK个图像块,其中q∈[1,floor(M/(n*K))],K是块间隔值并作为密钥,M,n分别是宿主图像和图像块的尺寸,floor(.)是向下取整函数;
第三步:选取一个图像块A,并按照公式(1)在空域中直接求出图像块A经过奇异值分解后对应的最大奇异值λ1;
其中,||·||2表示矩阵的二范数,ap,q∈A,1≤p,q≤n,p,q分别表示像素在n×n的图像块A中所处的行号和列号,图像块A经过奇异值分解后的最大奇异值λ1在空域中利用公式(1)直接求得而不需通过真正的奇异值分解后获得;
第四步:在空域中,依据水印W及公式(2)或(3),计算当将水印W量化嵌入到奇异值分解的最大奇异值λ1上时,将得到两个极限值 与如果w=0,则
如果w=1,则
其中T是量化步长;
第五步:依据公式(4),理论上获得最大奇异值λ1在嵌入水印W后的最终结果其中abs(.)是绝对值函数;
第六步:依据公式(5),计算最大奇异值λ1的变化量为Δλ1;
第七步:依据公式(6),计算图像块在嵌入水印后每个像素的平均修改量ΔEaverage;
ΔEaverage=Δλ1/n (6)
该公式推导如下:
对于n×n的图像块A,其奇异值分解可表示为:
其中U,V是正交矩阵,D是对角矩阵,[U1,U2,…,Un],[V1,V2,…,Vn]分别是形成矩阵U,V的特征向量,且对角矩阵中的奇异值满足λ1≥λ2≥…≥λr>λr+1=…=λn=0;
当最大奇异值λ1的变化量是Δλ1时,则整个图像块的变化量ΔA=Δλ1U1V1T;
当图像块中像素值变化时,则U1V1T=n,故ΔA=nΔλ1;
因为图像块中共有n×n个像素,所以每个像素的平均变化量
ΔEaverage=ΔA/(n×n)=nΔλ1/(n×n)=Δλ1/n;
第八步:在空域中将每个像素的平均修改量ΔEaverage依次加到图像块A的所有像素上,这样在空域中完成对奇异值分解最大奇异值的修改并嵌入了水印W,此时在空域中得到真正含水印的图像块A*;
第九步:重复执行步骤第三步到第八步,直到所有的水印信息都被嵌入完成为止;最后,将含水印的红、绿、蓝分层图像重新组合并获得含水印图像H*;
其水印提取过程描述如下:
第一步:将含水印图像H*分成3个分层含水印图像 其中i∈{1,2,3}分别表示红、绿、蓝三层,并将每一分层含水印图像 进一步分成n×n的非重叠图像块;
第二步:在分层图像 中,利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥K的图像块间隔选择法选择图像块;
第三步:选取一个图像块A*,在空域中利用公式(7)计算其奇异值分解中的最大奇异值其中,||·||2表示矩阵的二范数, 1≤p,q≤n,p,q分别表示像素在n×n的图像块A*中所处的行号和列号;
第四步:利用公式(8),提取图像块A*中所含有的水印w*;
其中,mod(.)是求余函数,round(.)是四舍五入函数,T为量化步长;
第五步:重复执行第三步、第四步,直到提取所有的水印信息,并将所提取的二进制水印信息每8位一组转换成十进制的像素值;
第六步:执行基于密钥Kai的逆Arnold变换并获得分层水印,其中i∈{1,2,3};
第七步:组合分层水印形成最终的提取水印W*。