面向版权保护的彩色图像数字水印技术研究

该项目属于信息隐藏与计算机图像处理交叉领域。

在基于数字水印的数字图像版权保护过程中，多数彩色图像数字水印方法是将二值图像或灰度图像作为数字水印，而将彩色图像作为数字水印的有效方法较少。这是由于含有大信息量的彩色图像作为数字水印，将增加水印嵌入的难度，也将直接影响其水印不可见性、算法鲁棒性等指标。因而，如何利用彩色图像作为数字水印成为数字图像版权保护的研究难点之一。

该项目结合矩阵分解理论和频域变换原理，揭示了矩阵分解系数与彩色图像数字水印不可见性、算法鲁棒性间的内在关联，建立了频域特殊系数与空域像素融合的新机制，提出了状态编码的新思想，解决了彩色图像数字水印不可见性差、水印算法鲁棒性弱、嵌入容量低、实时性差的难题，开辟了数字图像版权保护的新途径。具体创新点及内容如下：

1. 数字水印性能与矩阵分解后矩阵系数间的强关联。

   • 首先，该项目证明并揭示了矩阵分解后的部分矩阵中含有稳定的最大系数，并通过量化索引调制技术来修改此最大系数，实现水印信息的嵌入，较好地解决了彩色图像水印算法鲁棒性弱的科学难题。
   • 同时，发现矩阵分解后的正交矩阵系数之间具有高度的相似性，通过微调高度相似的系数来嵌入水印，并利用该相似系数之间的关系来提取所嵌入的水印，进一步提高了水印不可见性。
   • 该创新点为拓宽矩阵分解理论应用范围、提高数字水印的不可见性和鲁棒性提供了新思路，该研究成果达到国际先进水平。

2. 空域水印算法与频域水印算法的融合机理。

   • 基于理论分析，该项目发现了在空域中获取频域特殊系数的方法，并且证明了该频域系数的变化量在空域中的分布规律。
   • 因此前次提出了融合域数字水印新方法，即水印的嵌入与提取可以在空域中直接完成。
   • 同时，相继探索了融合DCT、融合Schur分解、融合SVD等水印技术。
   • 该创新点发挥了空域水印算法实时性高、频域水印算法鲁棒性强的优点，克服了空域水印算法鲁棒性弱、频域水印算法执行时间长的缺点，同时提高了算法的鲁棒性和实时性。
   • 该研究成果达到国际领先水平。

3. 水印信息的非二进制表示及其嵌入与提取策略。

   • 该项目提出了状态编码的思想，通过改变分组数据状态编码的方法将十进制数码表示的水印信息嵌入到宿主图像，并直接利用分组数据的状态编码来提取所嵌入的水印信息，显著提高了水印嵌入容量和水印不可见性等性能。
   • 改变了水印信息只能是二进制表示的现状，解决了彩色图像水印所含信息量大且难以嵌入的问题。
   • 该创新点为高嵌入量数字水印版权保护提供了新的理念，该研究成果达到国内先进水平。

该项目的系列研究成果为彩色图像版权保护提供了新的方法，得到国内外学术界的广泛认可和高度评价。先后发表高质量学术论文26篇（TOP期刊论文2篇），其中5篇代表性论文被Web of Science数据库他引160次，撰写高端学术专著2部（中英文各1部），授权国家发明专利14项、计算机软件著作权5项。该项目对促进数字水印技术发展具有重要的科学意义，对加强数字图像版权保护具有广泛的应用价值。

该项目属于信息隐藏与计算机图像处理交叉领域。 在基于数字水印的数字图像版权保护过程中，多数彩色图像数字水印方法是将二值图像或灰度图像作为数字水印，而将彩色图像作为数字水印的有效方法较少，这是由于含有大信息量的彩色图像作为数字水印，将增加水印嵌入的难度，也将直接影响其水印不可见性、算法鲁棒性等指标，因而如何利用彩色图像作为数字水印成为数字图像版权保护的研究难点之一。该项目结合矩阵分解理论和频域变换原理，揭示了矩阵分解系数与彩色图像数字水印不见性、算法鲁棒性间的内在关联，建立了频域特殊系数与空域像素融合的新机制，提出了状态编码的新思想，解决了彩色图像数字水印不可见性差、水印算法鲁棒性弱、嵌入容量低、实时性差的难题，开辟了数字图像版权保护的新途径，具体创新点及内容如下： 1.数字水印性能与矩阵分解后矩阵系数间的强关联。首先，该项目证明并揭示了矩阵分解后的部分矩阵中含有稳定的最大系数，并通过量化索引调制技术来修改此最大系数，实现水印信息的嵌入，较好地解决了彩色图像水印算法鲁棒性弱的科学难题；同时，发现矩阵分解后的正交矩阵系数之间具有高度的相似性，通过微调高度相似的系数来嵌入水印，并利用该相似系数之间的关系来提取所嵌入的水印，进一步提高了水印不可见性。该创新点为拓宽矩阵分解理论应用范围、提高数字水印的不可见性和鲁棒性提供了新思路，该研究成果达到国际先进水平。 2.空域水印算法与频域水印算法的融合机理。基于理论分析，该项目发现了在空域中获取频域特殊系数的方法，并且证明了该频域系数的变化量在空域中的分布规律，因而首次提出了融合域数字水印新方法，即水印的嵌入与提取可以在空域中直接完成；同时，相继探索了融合DCT、融合Schur分解、融合SVD等水印技术。该创新点发挥了空域水印算法实时性高、频域水印算法鲁棒性强的优点，克服了空域水印算法鲁棒性弱、频域水印算法执行时间长的缺点，同时提高了算法的鲁棒性和实时性，该研究成果达到国际领先水平。 3.水印信息的非二进制表示及其嵌入与提取策略。该项目提出了状态编码的思想，通过改变分组数据状态编码的方法将十进制数码表示的水印信息嵌入到宿主图像，并直接利用分组数据的状态编码来提取所嵌入的水印信息，显著提高了水印嵌入容量和水印不可见性等性能，改变了水印信息只能是二进制表示的现状，解决了彩色图像水印所含信息量大且难以嵌入的问题。该创新点为高嵌入量数字水印版权保护提供了新的理念，该研究成果达到国内先进水平。 该项目的系列研究成果为彩色图像版权保护提供了新的方法，得到国内外学术界的广泛认可和高度评价，先后发表高质量学术论文26篇(TOP期刊论文2篇)，其中5篇代表性论文被Web of Science数据库他引160次，撰写高端学术专著2部(中英文各1部)，授权国家发明专利14项、计算机软件著作权5项；该项目对促进数字水印技术发展具有重要的科学意义，对加强数字图像版权保护具有广泛的应用价值。