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人类视觉特性的数字水印新方案

王玮;石胜辉

【摘要】Analysisofthehumanvisualsystem(HVS)characteristics,anew

schemewhichbasedonthehumanvisualsystemcharacteristics,image

brightnessandtexturefeatureshavebeendesigned.Theschememakes

useofHVS,embedthewatermarkintothebrightestareaandtheintricate

texturearea.Aftertesting,theschemehasahighertransparencyand

strongerrobustness.%通过分析人类视觉特性,设计一种基于人类视觉特性、图

像亮度特征及图像纹理特征的水印嵌入新方案。文中方案充分利用人类视觉特性,

将水印信息嵌入到图像亮度较大和纹理复杂的区域。测试结果表明:文中方案具有

较高的透明性和较强的鲁棒性。

【期刊名称】《华侨大学学报(自然科学版)》

【年(卷),期】2016(037)003

【总页数】4页(P304-307)

【关键词】人类视觉系统;韦伯-费赫涅尔系数;亮度特征;纹理特征

【作者】王玮;石胜辉

【作者单位】重庆邮电大学移通学院,重庆401520;重庆理工大学光电信息学院,

重庆400054

【正文语种】中文

【中图分类】TN911.73

一般认为数字图像水印技术应具有安全性、透明性(不可见性)、鲁棒性.透明性和鲁

棒性实际上构成了一对基本矛盾,增大水印的嵌入强度可增强鲁棒性,但大强度的

嵌入水印信息,则可能降低被保护载体图像的透明性,使其使用价值大打折扣;如

果为了保持良好的透明性,降低水印嵌入量或在图像的高频部分嵌入水印等,但又

会减弱水印的鲁棒性[1-4].冯祥斌等[5]将P-Fibonacci加密算法用到数字图像水印

技术当中,提高了水印信息的嵌入量,增强了水印信息的鲁棒性,但基于P-

Fibonacci加密算法的数字水印具有算法复杂、运算量大及在具体应用中实效性差

的特点.因此,在数字图像水印技术中,人们往往借助于人类视觉特性解决这对矛

盾.本文提出人类视觉特性的数字水印新方案.

1.1亮度掩蔽特性

研究发现,人眼在观察事物时所获得的亮度感觉与背景亮度有较大关系,且人眼察

觉亮度变化的能力有限.人眼亮度感觉特性,如图1所示.由图1可知:保持P1的

亮度不变,让P2的亮度从B缓慢递增至B+ΔBmin,直到眼睛刚刚觉察到两者的

亮度有差别为止.此时,可认为在亮度B下的亮度感觉差了一级.用这种方法,可以

求出在其他亮度下的主观亮度感觉级数.以上实验说明了以下2点.

1)只有两者亮度差达到ΔBmin(可见度阈值)时,人眼才能感觉P1和P2两个画面

亮度差别.由于ΔBmin不是无限小量,所以人眼察觉亮度变化的能力是有限的.

2)可察觉的最小亮度差ΔBmin因背景亮度B不同而不同.但在一个均匀亮度背景

下,ΔBmin/B是相同的,并等于一个常数ξ.ξ=ΔBmin/B称为相对对比灵敏度阈

或韦伯-费赫涅尔系数.随着环境的不同,ξ的值通常在0.005~0.020范围内变

化.当背景亮度很高时,ξ的值可增大至0.050[6].

人眼对不同亮度具有不同的敏感性,在平均亮度低的区域,亮度的少量变化就容易

被人眼觉察,而在平均亮度大的区域,人眼对亮度误差敏感度低[7].人眼的这种特

性叫着亮度掩蔽特性,该特性为水印的嵌入提供了前提,只要嵌入水印之后图像的

亮度改变在ΔBmin内,那么就不可能被人眼察觉.

1.2纹理掩蔽特性

研究表明:在图像平滑区域,少许的图像信息改变就能被人眼察觉,而在纹理复杂

的区域,即便加入较多的干扰噪声,也不容易被感知,这种特性称为纹理掩蔽效应.

该特性促使人们将更多的水印信息嵌入到载体图像纹理更复杂的区域.

2.1亮度因子的确定

亮度因子是指根据人眼的亮度感觉特性和载体图像、水印图像本身的亮度信息而确

定的在载体图像中嵌入水印的强度系数.亮度因子可根据韦伯-费赫涅尔系数确定,

在背景亮度B确定的情况下,ξ为确定值,ΔBmin为人眼可察觉的最小亮度差,也

即是嵌入水印后允许图像亮度变化的最大值.由于水印信息

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