數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告卡口監(jiān)控系統(tǒng)

1、-PAGE . z.目錄TOC o 1-4 h z uHYPERLINK l _Toc404937810摘要 PAGEREF _Toc404937810 h 2HYPERLINK l _Toc404937811一正文 PAGEREF _Toc404937811 h 3HYPERLINK l _Toc4049378121.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 PAGEREF _Toc404937812 h 3HYPERLINK l _Toc4049378132.設(shè)計(jì)原理 PAGEREF _Toc404937813 h 3HYPERLINK l _Toc4049378142.1載體圖像和水印的選取 PAGEREF _T

2、oc404937814 h 3HYPERLINK l _Toc4049378152.2嵌入、提取方法 PAGEREF _Toc404937815 h 3HYPERLINK l _Toc4049378163.設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc404937816 h 5HYPERLINK l _Toc4049378173.1水印信息的生成，嵌入，提取 PAGEREF _Toc404937817 h 5HYPERLINK l _Toc404937818設(shè)計(jì)流程 PAGEREF _Toc404937818 h 5HYPERLINK l _Toc404937819實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果 PAGEREF _Toc

3、404937819 h 5HYPERLINK l _Toc4049378203.2測(cè)試魯棒性 PAGEREF _Toc404937820 h 7HYPERLINK l _Toc4049378213.2.1 設(shè)計(jì)流程 PAGEREF _Toc404937821 h 7HYPERLINK l _Toc4049378223.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果 PAGEREF _Toc404937822 h 8HYPERLINK l _Toc404937823二.結(jié)論及致謝 PAGEREF _Toc404937823 h 13HYPERLINK l _Toc404937824三.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc

4、404937824 h 13HYPERLINK l _Toc404937825四.附錄 PAGEREF _Toc404937825 h 14-. z.摘要數(shù)字水印技術(shù)是近些年提出的一種信息隱藏技術(shù),該技術(shù)為多媒體信息的保護(hù)提供了一種新的方法。本文首先介紹了數(shù)字水印技術(shù)的原理、特點(diǎn)及分類,然后詳細(xì)論述了基于最低有效位的數(shù)字水印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程通過(guò)實(shí)驗(yàn)給出了嵌入水印后的圖像的效果,最后利用MATLAB7.0對(duì)這一算法進(jìn)展了仿真。關(guān)鍵詞：信息隱藏；數(shù)字水??；DCT；MATLAB一正文1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求公路卡口監(jiān)控系統(tǒng)已成為近些年研究的熱點(diǎn)，該系統(tǒng)不但可以掌握各出入口的車輛流量及狀態(tài)，還能對(duì)違章車輛進(jìn)展

5、準(zhǔn)確的記錄。但是，在卡口監(jiān)控系統(tǒng)中拍攝的交通肇事圖片，可能會(huì)被別有用心的人進(jìn)展替換或篡改而不留下任何痕跡，從而使圖片不能用作證據(jù)。因此，圖像防偽是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。數(shù)字水印技術(shù)的日臻成熟，使其可以用作圖像的防偽工具，其思想是事先把保護(hù)信息作為水印嵌入在圖像中，鑒別真?zhèn)螘r(shí)通過(guò)提取水印，并與嵌入的保護(hù)信息進(jìn)展比擬，得出真?zhèn)蔚蔫b別結(jié)果。2.設(shè)計(jì)原理2.1載體圖像和水印的選取卡口監(jiān)控系統(tǒng)中，通常對(duì)抓拍得到的數(shù)字信息以圖像的形式存儲(chǔ)起來(lái)，以便日后的調(diào)查取證，為此載體圖像可選擇抓拍到的圖像，通常在圖像中會(huì)包含具體的違章信息。水印的選擇主要考慮兩個(gè)方面：1用于圖像的真實(shí)性鑒別，通?？紤]嵌入抓拍機(jī)構(gòu)的特

6、有信息，比方印章圖像，以便于圖像在傳輸中遭受到*種篡改后，還能通過(guò)提取的水印來(lái)驗(yàn)證圖像來(lái)源的真實(shí)性。2用于防止圖像篡改，抓拍的圖像在傳輸過(guò)程中可能會(huì)受到惡意篡改，例如更改違章車輛的車牌等信息，此時(shí)可以考慮把抓拍圖像中的具體違章信息作為水印。2.2嵌入、提取方法選擇水印算法時(shí)，一般要滿足：平安性、隱蔽性和魯棒性。1由于抓拍圖片均為彩色圖像，而對(duì)彩色圖像進(jìn)展處理較為復(fù)雜，建議首先對(duì)圖片進(jìn)展灰度化處理。2嵌入位置選取。水印嵌入通?？蛇x擇在空間域或變換域進(jìn)展?？臻g域方法是直接修改像素值。該類方法比擬簡(jiǎn)單，但嵌入的水印信息不能太多，魯棒性比擬差；變換域方法首先對(duì)圖像進(jìn)展*種可逆的數(shù)學(xué)變換，然后對(duì)變換域的

7、系數(shù)進(jìn)展*種修改，再進(jìn)展逆變換得到圖像，目前大多數(shù)水印算法都采用傅立葉變換FFT、離散余弦變換(DCT)和離散小波變換(DWT)。本次設(shè)計(jì)建議選擇DCT域嵌入水印。 圖像在經(jīng)過(guò)DCT變換后， DCT系數(shù)分布可分為低、中、高三個(gè)頻帶。其中交流分量的低頻系數(shù)分布在矩陣的左上角，是三個(gè)頻帶中系數(shù)值較大的區(qū)域，集中了圖像的大局部能量，中頻、高頻依次向外分布，如下列圖所示：DCT變換分布圖將水印嵌入到高頻中不易被人眼所發(fā)覺(jué)，然而經(jīng)過(guò)圖像處理或攻擊，極易產(chǎn)生水印數(shù)據(jù)損失；低頻中集中了圖像的絕大局部能量，相對(duì)來(lái)說(shuō)擁有更大的嵌入容量，對(duì)于惡意攻擊的魯棒性較好，但嵌入時(shí)要考慮對(duì)圖像隱蔽性的影響。設(shè)計(jì)中，要根據(jù)卡

8、口監(jiān)控系統(tǒng)的需要，選擇嵌入在DCT變換的低頻、中頻或高頻系數(shù)上。3嵌入算法常見(jiàn)的嵌入算法有加性、乘性規(guī)則、位平面、系數(shù)交換法等。乘性規(guī)則和系數(shù)交換法在時(shí)空領(lǐng)域中引起的變動(dòng)較大，這里建議選擇加性或位平面法。加性規(guī)則 通常在加性規(guī)則中都帶有嵌入因子，以調(diào)整所嵌入水印的不可見(jiàn)性和魯棒性： 其中為原始載體的變換系數(shù)如DCT變換系數(shù)為含水印圖像的系數(shù)， 為水印，a為嵌入強(qiáng)度因子。對(duì)于嵌入強(qiáng)度a的選擇，通常要求嵌入強(qiáng)度要滿足不可見(jiàn)性，兼顧魯棒性，嵌入強(qiáng)度會(huì)影響含水印圖像的質(zhì)量，通常用psnr來(lái)衡量，人眼視覺(jué)可以承受的psnr值灰度約為32。 位平面 最初的位平面方法為空域的最低有效位LSB和最高有效位MS

9、B，LSB的魯棒性較差，MSB的不可見(jiàn)性差，可以采取折中方案，嵌入在中間位平面，進(jìn)而擴(kuò)展到圖象變換系數(shù)的位平面嵌入方法。4提取算法數(shù)字水印的提取是嵌入的逆過(guò)程，例如上面的加性嵌入，相應(yīng)的水印提取應(yīng)該為。2.3算法分析通過(guò)編碼實(shí)現(xiàn)水印的嵌入，并在無(wú)攻擊測(cè)試的情況下進(jìn)展水印的提取，通過(guò)主觀的人眼觀察和峰值信噪比(PSNR)分析水印的隱蔽性，比擬原始水印和提取水印的相似程度相似度NC。峰值信噪比(PSNR)在一定程度上反響圖像數(shù)據(jù)處理前后的變化情況，一般用它作為評(píng)價(jià)水印嵌入過(guò)程造成圖像失真的標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算方法如下：2 這里的M、N為行像素及列像素?cái)?shù)。為嵌有水印的數(shù)字圖像，為沒(méi)有嵌入水印的原始圖像。相似

10、度函數(shù)NC為：其中表示提取的水印，表示原始水印，NC01越大說(shuō)明圖像之間的相似度越大。3.設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1水印信息的生成，嵌入，提取設(shè)計(jì)流程水印和載體圖選取處理DCT域水印信息生成不同強(qiáng)度水印信息嵌入不同區(qū)域水印信息嵌入提取水印信息并比擬實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果 1實(shí)驗(yàn)代碼載體圖灰度化，水印圖二值化，水印信息的DCT域變換、嵌入、提取等算法具體代碼見(jiàn)附錄 2不同強(qiáng)度的水印信息比擬 強(qiáng)度50水印信息嵌入提取。結(jié)果如圖1所示圖1強(qiáng)度50的水印信息嵌入提取結(jié)果強(qiáng)度100水印信息嵌入提取。結(jié)果如圖2所示圖2 強(qiáng)度100水印信息嵌入提取結(jié)果強(qiáng)度200水印信息嵌入提取。結(jié)果如圖3所示圖3 強(qiáng)度200的水印信息嵌入提取

11、結(jié)果 3不同區(qū)域的水印信息比擬在低頻帶嵌入水印信息。如圖5所示圖4 低頻帶嵌入水印結(jié)果在中頻帶嵌入水印信息。如圖6所示圖5 中頻帶嵌入水印結(jié)果在高頻帶嵌入水印信息。如圖7所示圖6 高頻帶嵌入水印結(jié)果3.2測(cè)試魯棒性 設(shè)計(jì)流程對(duì)含水印圖進(jìn)展攻擊處理計(jì)算峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC提取攻擊后圖片的水印信息與原水印信息進(jìn)展比照 實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果 1加噪測(cè)試加噪代碼水印嵌入、提取代碼見(jiàn)附錄WImage2=a1;noise0=20*randn(size(WImage2);WImage2=WImage2+noise0;subplot(2,2,3);imshow(WImage2,);title(參加

12、白噪聲后圖像);M1=WImage2;M_1=uint8(M1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示圖7 加噪后提取水印結(jié)果 峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC算法代碼見(jiàn)附錄結(jié)果如圖8圖8 加噪后峰值信噪比和相似度計(jì)算結(jié)果 2剪切測(cè)試剪切代碼水印嵌入、提取代碼見(jiàn)附錄WImage4=a1;WImage4(1:256,224:256)=256;WImage4cl=mat2gray(WImage4); subplot(2,2,3);imshow(WImage4cl); title(局部剪切后圖像); figure(1);M1=WImage4cl;實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示圖9 剪切后提取水印結(jié)果峰值信噪比(PSNR)和相

13、似度函數(shù)NC算法代碼見(jiàn)附錄結(jié)果如圖10圖10 剪切后峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC計(jì)算結(jié)果3壓縮測(cè)試壓縮代碼水印嵌入、提取代碼見(jiàn)附錄WImage5=a1; WImage5=im2double(WImage5); um=10; dctm=dctmt*(8); P1=dctm; P2=dctm.; imageDCT=blkproc(WImage5,8,8,P1*P2,dctm,dctm.); DCTvar=im2col(imageDCT,8,8,distinct).; n=size(DCTvar,1); DCTvar=(sum(DCTvar.*DCTvar)-(sum(DCTvar)/n)

14、.2)/n; dum,order=sort(DCTvar); um=64-um; mask=ones(8,8); mask(order(1:um)=zeros(1,um); im88=zeros(9,9); im88(1:8,1:8)=mask; im128128=kron(im88(1:8,1:8),ones(16); dctm=dctmt*(8); P1=dctm.; P2=mask(1:8,1:8); P3=dctm; WImage5=blkproc(imageDCT,8,8,P1*(*.*P2)*P3,dctm.,mask(1:8,1:8),dctm); WImage5cl=mat2g

15、ray(WImage5); subplot(2,2,3); imshow(WImage5cl); title(經(jīng)JPEG壓縮后圖像); M1=WImage5cl;實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示圖11 壓縮后提取水印結(jié)果峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC算法代碼見(jiàn)附錄結(jié)果如圖12圖12壓縮后峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC計(jì)算結(jié)果4濾波測(cè)試濾波代碼水印嵌入、提取代碼見(jiàn)附錄WImage3=a1; H=fspecial(gaussian,4,4,0.2); WImage3=imfilter(WImage3,H); subplot(2,2,3); imshow(WImage3,); title(高斯低

16、通濾波后圖像); M1=WImage3; M_1=uint8(M1);實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示圖13 濾波后提取水印結(jié)果峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC算法代碼見(jiàn)附錄結(jié)果如圖14圖14 濾波后峰值信噪比(PSNR)和相似度函數(shù)NC計(jì)算結(jié)果二.結(jié)論及致謝將水印嵌入到高頻中不易被人眼所發(fā)覺(jué)，然而經(jīng)過(guò)圖像處理或攻擊，極易產(chǎn)生水印數(shù)據(jù)損失；低頻中集中了圖像的絕大局部能量，相對(duì)來(lái)說(shuō)擁有更大的嵌入容量，對(duì)于惡意攻擊的魯棒性較好，但嵌入時(shí)要考慮對(duì)圖像隱蔽性的影響。三.參考文獻(xiàn)1 孫圣和. 數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用M. ：科學(xué)，2004.2 楊義先. 數(shù)字水印理論與應(yīng)用M. ：高等教育，2005.3 *騰飛.基于

17、圖像防偽的數(shù)字水印技術(shù)研究D. *理工大學(xué),2010.4 王思等.水印防偽技術(shù)的研究與開(kāi)展J. 包裝工程.2008(10).5 夏輝. 數(shù)字圖像水印算法研究及其在防偽技術(shù)中的應(yīng)用D.*電子科技大學(xué),2005.6 王曉丹、吳崇明編著，基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)圖像處理，*電子科技大學(xué).四.附錄clear all;% 讀取水印圖像 % I=imread(shuiyin.bmp);I=rgb2gray(I);I=double(I)/255; I=ceil(I);%顯示水印圖像%figure(1);subplot(2,2,1);imshow(I),title(水印圖像)dimI=size(I);

18、rm=dimI(1);cm=dimI(2);%生成水印信息強(qiáng)度50%I=imread(shuiyin.bmp);I=im2bw(I);mark=I;alpha=50,k1=randn(1,8);k2=randn(1,8);a0=imread(huidu.bmp);psnr_cover=double(a0);subplot(2,2,2),imshow(a0,),title(載體圖像);r,c=size(a0);cda0=blkproc(a0,8,8,dct2);%載體彩圖象灰度化%I=imread(zaiti.jpg);I=rgb2gray(I);imwrite(I,huidu.bmp);% 嵌

19、入 %cda1=cda0; % cda1 = 256_256for i=1:rm % i=1:32 for j=1:cm % j=1:32 *=(i-1)*8;y=(j-1)*8; if mark(i,j)=1 k=k1; else k=k2; end cda1(*+1,y+8)=cda0(*+1,y+8)+alpha*k(1); cda1(*+2,y+7)=cda0(*+2,y+7)+alpha*k(2); cda1(*+3,y+6)=cda0(*+3,y+6)+alpha*k(3); cda1(*+4,y+5)=cda0(*+4,y+5)+alpha*k(4); cda1(*+5,y+4)=cda0(*+5,y+4)+alpha*k(5); cda1(*+6,y+3)=cda0(*+6,y+3)+alpha