人类视觉特性的数字水印新方案

．
亮度从Ｂ缓慢递增至Ｂ＋△Ｂ ，直到眼睛刚刚觉察到两者的亮度有差别为止．此时，ｌ Ｂ ｝ ｚＸＢ ｌ
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 Ｌ— — 上— —＿＿ｊ
观亮 度感 觉级 数．以上 实验 说 明 了以下 ２点 ．
１ 人类视觉特性
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 Ｐ 的亮 度 不变 ，让 Ｐ 的 ．
．
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 一费赫 涅 尔系 数确 定 ，即
一 △Ｂ ／Ｂ．
（１）

在背景 亮度 Ｂ确 定 的情况 下 ， 为确定 值 ，ＡＢ 为 人 眼可察 觉 的最小 亮 度 差 ，也 即是 嵌 入水 印后 允
景下 ，△Ｂ ／Ｂ是 相 同 的 ，并 等 于一 个 常 数 ￡ —ＡＢ ｍｉ ／Ｂ称 为 相 对对 比灵 敏 度 阈或 “…
韦伯一费赫涅尔系数．随着环境 的不 同， 的值通常在 ０．００５￣０．０２０范围内变化．当背景亮度很高时 ，
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
图 １ 人眼亮度
１）只有 两者 亮度 差达 到 ＡＢ ＿ ｍ（可见 度 阈值 ）时 ，人 眼 才能 感 觉 Ｐ 和 Ｐ：两个 画 感觉特性
面亮 度差 别．由于 ｚＸＢ ｉ 不 是无 限小 量 ，所 以人 眼察 觉 亮度 变化 的 能力是 有 限 的．
ｇ·１ ＢｒｉｇｈｔｎｅＳＳ
２）可察 觉 的最小 亮度 差 ＡＢ耐 因背 景亮 度 Ｂ不 同而 不 同．但 在 一个 均 匀 亮度 背 ｅｎＳｏ ｙ ｐｒ０ＰｅｒｎｅＳ
许 图像亮度变化 的最大值．由于水印信息 △Ｂ 是载体图像本身 的亮度值 Ｂ的函数 ，而实际嵌人 载体 图
像 中的是一 定强 度 的水 印图像 ，所 以需要 将 ｚＸＢ 转变 为水 印 图像 的亮度 值 的 函数． 设水印的亮度为 Ｂ ，那么 ＡＢ ｍｉ ＝Ｂｇ＝Ｂ ．由此可得 ＝ＢＵＢ． 其 中： 为嵌入水印的亮度 因子 ，
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 加人 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 嵌入强度的确定
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
收稿 日期 ： ２０１６－０３－１８ 通信作者 ： 王玮 （１９７９一），男 ，讲师 ，博士 研究 生 ，主要 从事 图像处 理 、嵌 人式 系统设 计 的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：２５６０６６４０５４＠
ｄｏｉ：１０．１１８３０／１ＳＳＮ．１０００—５０１３．２０１６．０３．０３０４
人 类 视 觉特 性 的数 字 水 印新 方 案
王 玮 ，石 胜 辉
（１．重庆邮 电大学 移通学院 ，重 庆 ４０１５２０； ２．重庆理工大学 光 电信息学院 ，重庆 ４０００５４）
摘要 ： 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
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 人 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。］．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．
第 ３７卷 第 ３期 ２０１６年 ５月
华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．３ Ｍ ａｖ ２０１６
文 章 编 号 ：１Ｏ０Ｏ一５Ｏ１３（２Ｏ１６）０３—０３０４—０４
ｑｑ．ｃｏｍ ．
基金项 目： 广西 自然科学基金 资助项 目（２０１５ＧＸＮＳＦＡＡ１３９２９３）；广西教育厅 科研基 金资助项 目（ＹＢ２０１４２１４）；重 庆理工大学青年科研 星火支持计划资助项 目（２Ｏ１５ＸＨＯ５）
第 ３期
王玮 ，等 ：人类视觉特性 的数字水印新方案
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的嵌 入提供 了前 提 ，只要嵌 入 水 印之后 图像 的亮 度改 变在 ｚＸＢ ｉ 内 ，那 么就 不可 能被 人 眼察 觉． １．２ 纹理 掩 蔽特性
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 ．
关键 词 ： 人类视觉 系统 ；韦伯一费赫涅 尔系数 ；亮度 特征 ；纹理特征
中 图分 类 号 ： ＴＮ ９１１．７３
文 献 标 志码 ： Ａ