36584字硕士毕业论文基于二值图像数字水印技术的票据防伪方法研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：36584字
论点：水印,图像,像素
论文概述：
本文是计算机论文，本文主要研究了应用二值图像数字水印的票据防伪、抗打印扫描的二值图像数字水印算法和使用于票据上二值字体的大容量像素翻转算法。
论文正文：
第一章引言1.1研究背景和意义随着计算机科学的发展，互联网的带宽越来越高，这使得图像成为人们传播信息的越来越多的载体。网络上图像的数据流量远远超过了传统的文本流量。 如今，被广泛认为有前途的数字水印新技术引起了许多学者的兴趣。 研究数字水印技术的初衷是为了保护版权。随着数字水印技术的不断发展，数字水印技术已经超越了简单的版权保护目的，被广泛应用于保密通信、真实性识别、用户信息标志等地方。 信息技术的飞速发展使得人们获取信息越来越容易，但也带来了信息的膨胀。 特别是，各种图像采集设备(如数码相机、移动电话、打印机和扫描仪)的快速发展使得图像采集变得越来越容易。因此，数字图像已经成为大多数信息的载体。互联网上图像数据的网络流量远远超过了传统文本信息的流量。 比尔，作为一个特殊的形象，是它的重要组成部分。人们在日常生活中每天使用大量的钞票。如何保证这些票据的安全是国家金融安全的重要组成部分。 票据与人们的日常生活密切相关，是日常生活中不可或缺的一部分，包括发票、证券、债券、钞票、邮票和各种票据等。 保障票据安全是维持国民经济正常运行的重要手段，但票据防伪面临严重不足和瓶颈。 传统的票据防伪方法一般有纸张防伪、油墨防伪、印刷防伪和制版防伪。在一定程度上，这种传统的防伪方法可以达到防伪的目的，但是仍然存在很多不足，比如:(1)纸张防伪技术:在票据纸的制作过程中添加一些特殊的材料 这种纸的制造工艺很复杂，因为这种特殊的纸不仅要有一定的印刷适性，还要保证较好的防伪效果。 与传统纸相比，这种特殊的防伪纸在造纸过程中要求更严格，如果工艺流程多，将会产生更多的生产浪费。这些生产废物的处理难度也远远高于普通废物，这大大增加了环境压力。(2)油墨防伪技术:该技术主要是在印刷用油墨中添加一些特殊的防伪材料。常见的特殊油墨包括荧光油墨、光学可变油墨、渗透油墨、热变色油墨、红外油墨、防蚀油墨、加密防伪油墨等。这些都是通过特殊工艺处理的 为了达到特殊的性能，这些特殊的油墨在制造过程中经常会添加一些重金属物质，并且通常会添加大量的溶剂来调节油墨的粘度，以保证油墨良好的印刷适性。 印刷后，这种特殊油墨会在钞票上留下重金属等有害物质，这不仅对人体健康有害，而且对环境保护也有害。1.2主要内容和章节安排1.2.1本文的主要内容主要是研究票据防伪、二进制图像的防伪扫描算法和票据上使用的二进制字体的大容量像素反转算法。主要内容如下:(1)介绍了数字水印技术，给出了数字水印的经典分类和典型算法。其次，介绍了不同于灰度和彩色图像的二值图像的特殊性、二值图像数字水印的难点以及二值图像水印的常用算法。针对传统票据防伪的常见方法和技术缺陷，给出了在票据上应用二值图像数字水印的可行性。(2)分析了印刷扫描过程，根据印刷扫描过程推导出印刷扫描的乘法不变模型。给出了基于印刷扫描乘法不变量的二值图像数字水印嵌入和提取过程，并根据不变量模型给出了如何在票据上嵌入和提取水印。(3)乘法印刷扫描不变模型是一个使用有限的模型，也是一个不准确的模型。针对乘法模型的缺点，提出了一种附加印刷扫描不变模型。本文提出的模型适用于任何二值图像，相对乘法模型是一个精确的模型。 对于加性不变模型，给出了数学推导证明以及基于该模型嵌入和提取二值图像水印的过程。(4)二值图像的水印嵌入最终需要翻转图像的像素。针对传统的像素翻转方法在票据上的字体翻转像素较多时难以保持翻转字体图像的字体形态特征，提出了一种适用于票据字体二值图像的大容量水印像素翻转算法。根据一种新的字体图像像素插值算法、SSIM结构相似性模式替换和偏心运动去噪方法，当翻转像素较多时，该算法仍能使翻转后的字体图像符合字体的结构特征。 第二章数字水印相关技术简介2.1数字水印技术概述随着计算机技术和并行计算能力的发展，传统的防伪技术越来越不能满足高速发展的技术要求。在这样的背景下，数字水印应运而生，并取得了长足的发展 数字水印可以被视为嵌入在数字信息载体中的数字信号。我们可以将需要版权保护的信息以数字水印的形式嵌入到要保护的数字图像中，从而达到版权保护的目的。 通用数字水印算法分为水印嵌入模块和水印提取模块两个子模块，水印嵌入模块用于将秘密信息以不可见的形式嵌入信息载体图像中，水印提取模块是水印嵌入的逆过程，用于提取载体图像中隐藏的水印信息 2.1.1数字水印分类数字水印有许多不同的分类方法，从不同的分类角度得到的具体分类结果也不同。 在不同的分类标准下得到的分类结果之间有一些差异和联系。目前常用的分类方法如下:根据水印信息在载体上嵌入位置的不同分类，可以分为空域算法和变换域(频域)算法 空域水印算法直接修改图像像素的像素值，水印信息通过一定的规则直接隐藏在像素值中；变换域水印算法首先根据一定的变换规则将图像从空域变换到变换域，并且通过修改变换域空之间的变换域的系数来嵌入水印信息 根据嵌入的水印信息对人眼是否可见，可以分为可见水印和不可见水印算法。 可见水印算法一般将嵌入的水印信息和载体图像按照一定的权重融合，融合后的权重也决定了水印的可见性，可以被人眼识别。不可见水印算法嵌入的水印信息人眼无法感知，因此嵌入水印后的载体图像基本上保持了与嵌入前图像相同的视觉效果，大多数水印算法都是不可见水印算法 根据水印信息嵌入后是否对某些攻击过程具有鲁棒性，可以将其分为脆弱水印、半脆弱水印和鲁棒水印。 脆弱水印是指水印信息对图像的像素变化高度敏感。一旦图像受到攻击，像素就会发生变化，脆弱水印就无法正确提取。半脆弱水印是一种对图像像素的敏感度略低于脆弱水印的水印，在面对某些类型的图像攻击时仍能正确提取。鲁棒水印对图像的像素修改不敏感，即使图像的像素发生变化，也可以正确提取鲁棒水印。 2.2二值图像数字水印概述大多数当前图像水印算法的载体对象是灰度或彩色图像。 由于二值图像只有两个亮度级别，导致二值图像与普通灰度和彩色图像有很大差异，适用于灰度和彩色图像的水印算法也很难在二值图像上使用，该领域的研究文献相对较少。 然而，二值图像在实践中被广泛使用，甚至在一些应用中是技术的核心，例如双色印刷钞票图像、文件、支票、签名邮票等。 因此，研究二值图像水印技术是非常必要的 2.2.1二值图像的特殊性二值图像的特殊性在于只有两个像素值0和1分别代表纯黑色和纯白色。该二进制图像上的“非黑白”也导致二进制图像上的像素值没有可用的冗余空。空字段中的一些水印算法不能用于二进制图像，例如通过修改像素值的最低有效位在灰度或彩色图像上嵌入水印信息的LSB算法，但是在二进制图像上是不可行的，因为在二进制图像上 由于二值图像的特殊性，我们常用的灰度或彩色图像的典型水印算法不能复制并应用于二值图像。因此，有必要根据二值图像的特殊性质，设计专门适用于二值图像的水印算法 虽然二进制图像的像素值没有冗余，但是图像上像素附近的像素之间仍然存在一些冗余。因此，当修改二值图像上的像素以嵌入水印信息时，必须考虑要修改的像素点周围的邻域像素，并且必须根据某些规则选择可逆点来修改像素值。否则，如果存在不适当的像素值修改，即使图像上的小细节部分被不适当地修改，也会导致明显的修改痕迹，甚至整个二进制图像的可读性会大大降低 第三章基于印刷扫描乘不变模型的票据防伪二值图像水印算法....113.1导言..............................113.2打印扫描乘法不变模型……11第四章基于加法模型的二值图像水印算法..............................184.1导言......184.2算法原理……第五章票据字体二值图像水印像素翻转算法……335.1导言...................335.2算法原理...................33第五章票据字体二进制图像水印像素翻转算法5.1简介为了在票据二进制图像中嵌入水印信息，需要翻转黑白像素点。水印容量越大，需要翻转的点数就越多。 针对现有像素反演方法仅适用于小容量反演的问题，提出了一种适用于在二值图像中嵌入大容量水印的像素反演方法 该方法基于改进的二值图像插值方法、提出的像素可逆性评价方法和几种重心运动去噪方法。 其中，改进的二值图像插值方法保证缩放后的二值字体图像保持较好的字体图像特征，像素可逆性评价方法保证反转后的像素点不仅保持较高的连通性和平滑性，而且保证较高的结构相似性，重心移动使反转后的二值字体图像更加平滑，符合字体特征 实验表明，本文提出的像素反演方法不仅符合字体的结构特征，而且能够实现大容量水印在二值图像中的嵌入 6.1摘要随着计算机技术和数字设备，特别是手机、数码相机和高精度打印机扫描仪的快速发展，数字媒体的安全性、保密性和真实性的认证越来越受到人们的重视。在这种背景下，信息隐藏和数字水印技术发展迅速。 票据安全作为国家金融安全的重要组成部分，与人们的日常生活息息相关。票据已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，包括发票、证券、债券、邮票和各种票据等。 保障票据安全是维持国民经济正常运行的重要方面，但票据防伪面临严重不足，传统的票据防伪方法亟待改进。 传统票据防伪一般采用纸张防伪、油墨防伪、印刷技术防伪和制版防伪等手段。这些传统的票据防伪手段可以达到一定程度的防伪效果，但是仍然存在许多不足。如何使用高效的数字方法防伪票据已经成为一个亟待解决的问题。 在票据印刷过程中，我们通常使用二进制印刷，这给票据防伪带来了新的突破。基于这一特点，我们可以将票据图像视为二值图像，然后利用二值图像水印技术在票据图像中嵌入数字水印。 因此，二值图像的数字水印技术已经成为票据水印的关键技术，这就需要研究能够抵抗打印和扫描的二值图像数字水印技术。 二值图像具有不同于灰度或彩色图像的特殊性，即图像只有黑白像素值。这种非黑白特性使得二值图像的像素值没有冗余空，这给二值图像水印技术带来了困难 根据人类视觉系统模型，图像中少量像素的像素值的小规模修改不会导致人眼的感知变化。因为彩色和灰度图像的像素范围大，并且像素值的冗余度空大，所以其图像的像素值的小规模修改不会引起人眼的注意。 但是，二进制图像只有黑色和白色，像素值没有冗余空。将黑(白)色像素变为白(黑)色像素所产生的视觉对比度非常大，尤其是对图像非边界的修改容易引起人眼的注意，因此在二值图像中嵌入水印信息比在彩色图像或灰度图像中要困难得多。 参考文献(省略)
