基于图像相异性的水印印刷图像质量评价方法研究

摘要

商品经济的快速发展，产权意识的逐步提高，促使人们开始寻求高效便捷的防伪技术来打击现代社会中日益猖獗的假冒伪劣行为。数字水印技术作为一种新型的防伪手段，因具备“难仿制、易识别、成本底、无公害”的优点，成为包装印刷防伪领域重要的研究和发展方向。而图像质量评价算法作为数字水印防伪技术中的关键环节，对控制水印图像质量、印品质量具有重要作用。为此，本文在现有图像质量评价算法的研究基础上，从图像相异性的角度出发，提出了一种基于印刷油墨密度和色度的图像质量评价方法，并针对 DWT全息水印嵌入算法，确定了与印刷行业质量检测结果匹配的评价标准。　　本文首先结合油墨成像原理及印刷图像的结构特点，对表征图像差异性的颜色特征、纹理特征、形状特征以及空间关系特征进行了分析，在此基础上提出了图像相异性度量的概念，并选用奇异值分解作为图像主成份分析的方法，运用矩阵范数理论将奇异值分解和图像性质相联系，研究了奇异值与图像结构信息和能量信息之间的关系，发现可以通过特征向量(奇异值)的偏离程度来表述图像相异特征。　　针对奇异值分解和矩阵 F范数与图像性质具有紧密的关联性，本文采用图像空间关系特征的分块提取方法，以宿主图像和失真图像奇异值对角阵之间的相关度作为图像相异的度量指标，块矩阵 F-范数占 F-范数总和的比例为权重，提出一种基于奇异值的水印图像质量评价方法，定义该方法测得的图像低频失真度为 SVQIL（Singular Value Quality Index）、高频失真度为 SVQIH，并以印品表观质量检测方法得到的色差和密度差作为依据，确定了具有良好视觉感知的RGB图像 SVQI标准阈值：SVQIL∈(0,15)，SVQIH>SVQIL。　　最后对提出的算法进行了四种劣化攻击仿真实验，发现 SVQIL和SVQIH都能体现图像的劣化状态，评价结果符合人类视觉感知，总体优于 PSNR和UIQI。然后通过一系列打印/印刷-扫描实验，研究了水印嵌入参数和印刷参数对水印图像质量的影响。实验结果表明：随着水印嵌入强度增大，水印信息的隐蔽性变差，鲁棒性增强；当水印嵌入RGB彩色图像的B通道时，水印的隐蔽性较好；当水印嵌入颜色分量最多的通道时，水印的鲁棒性较好。纸张表面特性不仅对印刷品质量有明显影响，同样也对图像中的水印有显著影响：300g/m2铜版纸作为承印材料的水印图像和再现水印的质量都好于200g/m2铜版纸；扫描分辨率对再现水印质量影响不大，但相比于300dpi的扫描分辨率，600dpi扫描分辨率下的印刷水印图像的扫描质量较好。最终将得到的最优参数应用到了书籍印刷防伪实验中，验证了算法的可行性。　　本文对基于图像相异性的水印印刷图像质量评价方法进行了有益的探索，所取得的成果为数字水印防伪技术的发展提供了一定的支持和帮助。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展及现状

1.3 论文的主要内容和结构安排

第二章 印刷图像相异性的数学描述

2.1 印刷-扫描过程对水印图像的影响

2.2 图像相异特征的数学描述

2.3 基于奇异值分解的图像主成份分析

2.4 本章总结

第三章 水印印刷图像质量评价方法

3.1 水印的嵌入和全息加密方法

3.2 基于印刷油墨密度和色度的水印图像质量评价方法

3.3 水印印刷图像表观质量检测

3.4 本章小结

第四章 打印/印刷-扫描实验与结果分析

4.1 准备实验素材

4.2 SVQI评价标准的确定

4.3 水印嵌入参数对图像质量的影响

4.4 印刷参数对图像质量的影响

4.5 本章小节

第五章 书籍印刷防伪实验

5.1 水印嵌入区域的选择

5.2 防伪书籍封面的印刷

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间公开发表的论文及其他成果

致谢