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申请/专利权人：鲁东大学

摘要：为了保护彩色图像的版权，本发明提出了一种基于优化算法和连通域的鲁棒彩色图像盲水印方法。采用金豺优化算法选择最大连通域的阈值和水印嵌入的量化步长，并根据特定阈值选择主图像的最大连通域作为嵌入区域。然后，将嵌入区域的每层通道被划分为不重叠矩阵块，利用量化方法将两个水印比特嵌入矩阵块中，并对水印嵌入后的像素值进行双溢出处理，提高了水印的鲁棒性。本发明在鲁棒性、不可见性、时间复杂度、水印嵌入容量等方面具有良好的性能。

主权项：1.本发明的目的是提供一种基于优化算法和连通域的彩色图像鲁棒盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和提取过程来实现，其水印嵌入过程描述如下：第一步：利用公式（1）的优化算法在像素个数为的宿主图像中选择合适的连通域阈值和水印嵌入的量化步长； （1）其中，表示量化步长，表示连通域阈值；第二步：根据上述优化算法选择的阈值，利用公式（2）在像素个数为的宿主图像中得到的像素个数为最大连通区域，将该最大连通区域作为水印的嵌入区域； （2）第三步：将嵌入区域按照红色、绿色、蓝色的顺序分为三个分层嵌入区域，其中=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第四步：将一幅像素个数为的彩色水印图像按照红色、绿色、蓝色的顺序分为三个分层水印图像；然后使用基于密钥的Arnold变换将每层水印图像进行加密；最后将加密后的分层水印图像中的每一个十进制像素值用八位二进制表示，并将二进制水印位连接为长度8的分层水印序列，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：将分层嵌入区域分为像素个数为的不重叠的图像块，并且依据两个二进制水印位为一组嵌入到一个图像块的方式，按照从上到下，从左到右的顺序在分层嵌入区域中选择待嵌入水印的图像块，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层，为其行号，为其列号；第六步：利用公式（3）对选择好的图像块进行Householder变换并获得嵌入所需要的元素和，其中，和表示Householder变换所得的频域系数中第一行第一列、第二列元素的值； （3）其中，代表需要嵌入水印的图像块；第七步：在分层水印位序列中按照先后顺序每次取出两位水印位和，根据金豺优化算法选择的量化步长并按照公式（4）将水印位以量化的方式分别嵌入到和中； （4）其中，表示的值，和表示嵌入比例因子，表示量化步长，为四舍五入函数,表示要嵌入的水印位，表示嵌入水印后的值，；第八步：利用公式（5）对嵌入水印后的值进行溢出处理； （5）其中，表示溢出处理之后的值；第九步：根据公式（6）修改图像块中第一列元素的值； （6）其中，表示图像块的行号，表示图像块的边缘像素个数，表示溢出处理之后的值，是修改中第一列元素所得的新的图像块像素值；同时，根据公式（7）修改图像块中第二列元素的值； （7）其中，表示溢出处理之后的值，表示利用公式（3）获得的图像块进行Householder变换后系数矩阵中第二行第二列的值，表示分解后的正交矩阵的值，表示图像块的行号，表示图像块的列号，是修改中第二列元素所得的图像块像素值；第十步：用和分别替换中第一列、第二列，得到含水印的图像块；第十一步：根据公式（8）对矩阵块溢出的像素值进行第二次溢出处理，溢出部分根据溢出像素值所在的列，补偿到同一列中的其他像素值；如果存在上溢出，则选择当前列中最小的像素值来补偿溢出的部分，如果存在下溢出，则选择当前列中最大的像素值进行补偿； （8）其中，是存在像素溢出的图像块，是溢出处理后的图像块；第十二步：重复执行本过程的第五步到第十一步，直到所有的水印信息都被嵌入，由此得到含水印的分层宿主图像；最后，将含水印的分层宿主图像重新组合并获得像素个数为的彩色含水印图像，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；其水印提取过程描述如下：第一步：根据公式（2）找到嵌入水印的最大连通区域，将像素个数为的含水印区域分成三层含水印区域，并将每一层含水印区域进一步分成像素个数为的不重叠图像块，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：在水印区域中，利用上述水印嵌入过程中的第五步选择图像块，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：选取的图像块，表示行号，表示列号；利用公式（3），对进行Householder变换，得到含有水印信息的频域系数和；然后根据公式（9）、公式（10）、公式（11）提取嵌入的水印位； （9） （10） （11）其中，和表示嵌入比例因子，表示含有水印信息的频域系数，表示量化步长，为四舍五入函数，表示绝对值函数，表示最终提取的水印位信息，；第四步：重复执行本过程的第三步，得到分层二进制水印序列；然后分层二进制水印序列的每八位二进制转换为一个十进制图像像素值，并得到加密的分层水印图像，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：对加密的分层水印图像进行基于密钥的逆Arnold变换，将每层水印图像进行解密，得到解密后的分层水印图像，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第六步：组合分层水印图像，得到完整的水印图像，其中，=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层。

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