侯云耀，王彩印，余英，孫玉婷

自動(dòng)化與智能化技術(shù)

顏色空間對(duì)打印圖像水印性能影響研究

侯云耀，王彩印*，余英，孫玉婷

（大連工業(yè)大學(xué)，遼寧 大連 116034）

打印圖像在數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，主要涉及到RGB、CIELAB和CMYK 3個(gè)顏色空間。本文基于DCT域水印算法，在不同顏色空間嵌入水印圖像，研究并分析顏色空間對(duì)打印圖像水印性能的影響。選取暗調(diào)、飽和色、風(fēng)景、亮調(diào)、人物、中性灰6類圖像分為低中高3個(gè)復(fù)雜度分別在RGB、LAB、CMYK顏色空間下的各個(gè)分量圖像中進(jìn)行透明性、魯棒性評(píng)價(jià)。經(jīng)透明性分析，RGB空間B通道、Lab空間b通道和CMYK空間M通道嵌入水印透明性更好；魯棒性分析可知，亮調(diào)圖像在RGB空間抗非幾何攻擊能力較差，各類型低復(fù)雜度圖像在LAB空間抗攻擊性能差，所有圖像在CMYK前三通道的抗攻擊性能優(yōu)于K通道，抗打印攻擊能力上暗調(diào)圖像抗此攻擊性能差，所有圖像在LAB空間抗打印攻擊性能最好，其中L通道最好。本文系統(tǒng)研究了顏色空間對(duì)打印圖像水印性能的影響。結(jié)果顯示，顏色空間對(duì)不同類型和不同復(fù)雜度的圖像水印性能具有不同程度的影響。完善了數(shù)字水印技術(shù)在打印圖像應(yīng)用中的理論體系，同時(shí)將為彩色圖像數(shù)字水印技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用和優(yōu)化提供一定的指導(dǎo)和借鑒。

顏色空間；打印圖像；數(shù)字水?。粠缀喂?/p>

隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能終端的普及，數(shù)字圖像信息的獲取、交換和傳輸變得異常簡(jiǎn)單。由于數(shù)字信息包含的內(nèi)容豐富，數(shù)字圖像信息已廣泛用于通信和信息傳遞中。然而，這種方便性也帶來(lái)了一些問(wèn)題，例如一些個(gè)人或組織可能會(huì)在未經(jīng)授權(quán)的情況下惡意復(fù)制和傳播有版權(quán)保護(hù)的文件。為解決這個(gè)問(wèn)題，數(shù)字水印技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域被用作一種解決方案[1-3]。

但是多數(shù)的數(shù)字水印算法都基于單個(gè)顏色空間來(lái)研究符合人眼視覺(jué)的通道，如馬璁瓏等[4]采用DWT域算法，將水印圖像嵌入到宿主圖像C、M、Y或K通道的DWT域進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。魏代海等[5]對(duì)載體圖像進(jìn)行RGB三通道分解，水印單通圖像進(jìn)行加密，將水印嵌入到載體圖像低頻經(jīng)奇異值分解后的對(duì)角矩陣中。包新月等[6]提出相異的色彩空間使用的場(chǎng)景是迥異的，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理階段常用的色彩空間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了RGB、HIS色調(diào)空間的轉(zhuǎn)換。張菁等[7]提出基于顏色空間轉(zhuǎn)換的顏色復(fù)原算法是保持顏色信息一致性的關(guān)鍵技術(shù)，提出的顏色復(fù)原方案達(dá)到降低23%的色差的目的，以實(shí)現(xiàn)顏色的精確復(fù)原。但在顏色空間轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失的誤差不可避免，因此本文將研究在打印過(guò)程中所涉及的RGB、CIELAB和CMYK 3個(gè)顏色空間對(duì)打印圖像水印性能的影響。

1 相關(guān)技術(shù)背景

1.1 水印基本模型

水印算法多種多樣，空間域水印算法和頻率域水印算法[8-9]都有大量的研究，但數(shù)字水印還都有一個(gè)相似的模型，即通過(guò)相應(yīng)的水印嵌入規(guī)則將具有唯一性的版權(quán)標(biāo)識(shí)嵌入到數(shù)字圖像中，以達(dá)到信息隱藏的目的。當(dāng)需要時(shí)通過(guò)水印提取算法將版權(quán)表示提取出來(lái)。

嵌入水印的基本模型如下[10]：

1.2 顏色空間特征

1.2.1 RGB顏色空間

RGB顏色空間是一種色彩模型，通過(guò)將顏色表示為紅、綠、藍(lán)三顏色的混合比例來(lái)產(chǎn)生不同的顏色。它被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備和圖像處理領(lǐng)域中，可以表示16 777 216種顏色，也被稱為“真彩色”，是運(yùn)用廣泛的顏色系統(tǒng)之一。

1.2.2 CMYK顏色空間

CMYK顏色空間是一種顏色模型，其基于顏色疊加原理而建立，主要應(yīng)用于印刷領(lǐng)域，也稱作印刷色彩模式。該模型由4種顏色組成：青色（Cyan）、品紅色（Magenta）、黃色（Yellow）和黑色（Key）[11]。在實(shí)際應(yīng)用中，由于青色、洋紅色和黃色疊加難以形成真正的黑色，往往只能形成暗灰或褐色。因此，黑色（K）被引入以補(bǔ)充CMY三原色無(wú)法形成的純黑色。

CIELAB色度學(xué)系統(tǒng)是根據(jù)CIE在1931年制定的一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定顏色的系統(tǒng)。該模型由亮度分量以及與顏色的色調(diào)和飽和度相關(guān)的2個(gè)分量和組成[12]。其中，顏色分量代表從深綠色到紅色的顏色變化，顏色分量代表從亮藍(lán)色到黃色的顏色變化。CIELAB色度學(xué)系統(tǒng)能夠精確地描述顏色之間的差異，并且與設(shè)備無(wú)關(guān)，便于與其他顏色空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此在圖像處理、顏色管理和校正等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)描述

1.3.1 透明性

數(shù)字載體在嵌入水印后會(huì)在視覺(jué)上產(chǎn)生影響，而用于衡量這種影響的一個(gè)評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)就是透明性。透明性用于評(píng)價(jià)載體圖像在嵌入水印后產(chǎn)生影響的不可感知程度。多數(shù)研究中對(duì)于含水印圖像和原圖像之間的透明性，通常通過(guò)結(jié)構(gòu)相似度（Structural Similarity Index Metric, SSIM）、峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR）來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

其中SSIM是一種衡量2幅圖像相似度的指標(biāo)，給定2個(gè)圖像、，2張圖像的結(jié)構(gòu)相似性可按照式（2）求出[13]。

該指數(shù)從圖像組成的角度，將結(jié)構(gòu)信息定義為獨(dú)立于亮度和對(duì)比度的屬性，反映場(chǎng)景中物體結(jié)構(gòu)的特征，并將圖像建模為亮度、對(duì)比度和結(jié)構(gòu)3個(gè)不同因素的組合。在計(jì)算結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)時(shí)，亮度的估計(jì)值為圖像的平均灰度值，對(duì)比度的估計(jì)值為圖像的標(biāo)準(zhǔn)差，而結(jié)構(gòu)的相似度程度則通過(guò)協(xié)方差來(lái)度量。當(dāng)2張圖像完全一致時(shí)，結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)的值等于1。

2個(gè)圖像的PSNR數(shù)值（PSNR）可通過(guò)計(jì)算信號(hào)最大數(shù)值和噪聲數(shù)值的比值來(lái)評(píng)估[14]，見(jiàn)式（3）～（4）。

式中：(i,j)和(i,j)分別為原始圖像和嵌入水印后的圖像；、為圖像的像素值。通常情況下，PSNR值用于評(píng)估含水印圖像的透明性，水印嵌入前后峰值信噪比低于30 dB，說(shuō)明水印的不可感知性比較差的圖像質(zhì)量差，相反如果水印嵌入前后峰值信噪比高于30 dB，肉眼很難看出水印嵌入前后的差別，說(shuō)明水印的透明性較好。

1.3.2 魯棒性

圖像水印的魯棒性是指嵌入水印后的圖像對(duì)于各種攻擊后，依然能夠提取出可用水印信息的能力，對(duì)這種能力通常采用歸一化誤差（Normalized Cross-Correlation,NC），即NC值來(lái)進(jìn)行定性描述[15]，見(jiàn)式（5）。

式中：(i, j)和′, j)分別為原始水印信息和提取的水印信息。NC值為0～1，NC值越接近1，兩圖像越相似，代表提取的水印信息質(zhì)量越高。NC值達(dá)到0.85以上，即魯棒性較好。因此本文同樣選擇以上指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)圖像的魯棒性和透明性。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

本文旨在研究不同的顏色空間對(duì)水印嵌入的影響，因此對(duì)暗調(diào)、飽和色、風(fēng)景、亮調(diào)、人物和中性灰6類[11,16]共340張圖片進(jìn)行測(cè)試，示例如圖1所示，每種類型的圖像按照復(fù)雜度低中高分類排序，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，載體圖像1 024像素×1 024像素，分辨率為300 dpi，水印圖像為128像素×128像素的二值圖像，如圖2所示。

圖1 載體圖像示例

2.2 水印算法

實(shí)驗(yàn)采用基于離散余弦變換（Discrete Cosine Transform，DCT）的頻率域數(shù)字水印算法。首先對(duì)水印進(jìn)行預(yù)處理，將載體圖像1 024×1 024分成128×128個(gè)8×8的小塊，水印圖像也是128×128，對(duì)應(yīng)每個(gè)8×8的小塊的像素點(diǎn)行DCT變換。根據(jù)JPEG量化表引入預(yù)設(shè)系數(shù)差作為水印強(qiáng)度，通過(guò)比較DCT系數(shù)的大小嵌入水印信息。通過(guò)比較嵌入時(shí)選取量值相同位置的2個(gè)量值的大小，提取出水印信息。將提取出的一維排序重新排列成二維水印，即可將水印信息提取出來(lái)。在本次實(shí)驗(yàn)中，預(yù)設(shè)系數(shù)差值為60，在打印實(shí)驗(yàn)中預(yù)設(shè)系數(shù)差值為70，旨在保證透明性和魯棒性的均衡[17-18]。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

為了研究不同顏色空間的影響，將上述圖片分別轉(zhuǎn)換為RGB、CMYK、CIELAB 3種顏色空間，該方案在幾何、非幾何和打印等各種攻擊下進(jìn)行了測(cè)試，在相同的顏色空間中，分別選擇不同的顏色通道RGB（紅、綠和藍(lán)）、CMYK（青色、洋紅、黃色、黑色）、LAB（明度、紅綠、黃藍(lán)）進(jìn)行水印嵌入，再通過(guò)不同的攻擊方式對(duì)嵌入水印的圖像進(jìn)行攻擊，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，分析各個(gè)顏色空間對(duì)不同類型的圖像的魯棒性與透明性影響。實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示.

圖3 實(shí)驗(yàn)流程

3 結(jié)果與分析

3.1 水印透明性性能分析

3.1.1 載體圖像的PSNR值分析

本文采用PSNR對(duì)單通道進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以更好地檢測(cè)出某個(gè)通道中的失真情況，從而更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)該通道的質(zhì)量以獲得更精確的評(píng)價(jià)結(jié)果。在各個(gè)情況下對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn)行水印嵌入，并進(jìn)行PSNR值分析，如圖4所示。

在RGB顏色空間中，每個(gè)類型的圖像嵌入水印后的PSNR均值高于30 dB，顯示出良好的圖像透明性。特別地，在B通道中，嵌入的水印導(dǎo)致較小的圖像噪聲，并與原始圖像最接近，這進(jìn)一步證明了B通道的嵌入透明性較好。圖4a顯示3個(gè)通道之間的差值約為0.01，而平均PSNR值分別為32.331、32.343和32.344 dB。其中，中性灰圖像的RGB的比例相同，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)值相同。圖5提供了直觀的視覺(jué)評(píng)價(jià)結(jié)果，驗(yàn)證了B通道嵌入后圖像的噪聲更小且不易察覺(jué)。

圖4 不同空間載體圖像的PSNR值

圖5 RGB三通道嵌入效果對(duì)比

在Lab顏色空間下，各種類型的圖像嵌入水印后表現(xiàn)良好，其中b通道性能優(yōu)秀。如圖4b所示，所有通道的PSNR值均在30～35 dB之間，表明圖像質(zhì)量較高。特別地，b通道在嵌入水印時(shí)展現(xiàn)出更強(qiáng)的均衡性，并與原圖更接近。L通道的PSNR值隨著圖像復(fù)雜度的增加而減小，降幅較大，整體均值為32.339 8 dB，相較于其他2個(gè)通道較弱，差距為1 dB。

根據(jù)圖4c所示，以PSNR值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，人物類型的圖像在CMYK顏色空間的4個(gè)通道中均性能優(yōu)秀，平均值約為32.5 dB。其他類型的圖像則可優(yōu)先在C和M通道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，平均值達(dá)到了32.3 dB。

二是通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中存儲(chǔ)的各傳感器數(shù)據(jù)從多個(gè)維度進(jìn)行分析,將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并展現(xiàn)到互聯(lián)網(wǎng)上、微信等手機(jī)APP。

3.1.2 載體圖像的SSIM值分析

分別對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像在各個(gè)情況下進(jìn)行水印嵌入,每個(gè)類型的圖像，根據(jù)SSIM值進(jìn)行透明性分析如圖6所示。

在3個(gè)顏色空間中使用SSIM作為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，圖像的透明性隨著圖像復(fù)雜度的增加而增強(qiáng)。具體而言，RGB顏色空間中各通道的SSIM差值在0.001左右，均值分別為0.762、0.762、0.763。其中，B通道表現(xiàn)最佳，與人眼視覺(jué)評(píng)價(jià)相符。在Lab顏色空間中，L通道的SSIM值增幅較大，整體均值為0.762。在水印嵌入時(shí)，Lab顏色空間的b通道展現(xiàn)出更強(qiáng)的透明性，與原圖更接近。在CMYK顏色空間中使用SSIM作為透明性評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，M和Y通道的SSIM數(shù)值較好，與人眼視覺(jué)接近，表現(xiàn)出良好的透明性。K通道中水印的效果明顯較差，其均值僅為0.72，而其他3個(gè)通道的均值約為0.76。其中亮調(diào)類型的圖像在K通道中的SSIM值最差，均值僅為0.692 4。考慮到CMYK顏色空間的K通道代表明亮度和飽和度，嵌入水印可能會(huì)受到高亮度像素的影響，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。因此，亮調(diào)類型的圖像不適合在CMYK的K通道進(jìn)行對(duì)水印嵌入透明性要求較高的實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)透明性分析不同顏色空間的不同通道存在的微小差異，其中RGB顏色空間中B通道、Lab顏色空間的b通道、CMYK顏色空間中M通道較其他通道性能更優(yōu)。

3.2 不同顏色空間水印魯棒性性能分析

3.2.1 未受攻擊情況下各顏色空間魯棒性性能分析

分別對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像在未受攻擊情況下進(jìn)行水印提取，各圖像提取水印的NC值如圖7所示。

在進(jìn)行魯棒性分析時(shí)，暗調(diào)的低復(fù)雜度圖像在RGB顏色空間中的魯棒性優(yōu)于其他顏色空間。然在其他兩空間，該類圖像的效果較差。風(fēng)景類圖像在Lab顏色空間下的魯棒性表現(xiàn)優(yōu)秀。對(duì)所有類型的圖像來(lái)說(shuō)，在CMYK顏色空間中，K通道的魯棒性弱于其他通道。根據(jù)圖7a的展示，暗調(diào)低復(fù)雜度圖像的NC均值達(dá)到了0.978，表明其魯棒性優(yōu)秀。根據(jù)圖7b可知，風(fēng)景類圖像在LAB顏色空間的3個(gè)通道中表現(xiàn)出穩(wěn)定且較高的均值（0.986）。然而，暗調(diào)類型圖像在LAB顏色空間下進(jìn)行水印嵌入時(shí)的魯棒性波動(dòng)較大，效果較差。另外，圖7c顯示只有暗調(diào)類型圖像在CMYK顏色空間的K通道下效果較好，除此之外各類型圖像在CMYK顏色空間的K通道性能較差，提取水印后，NC值浮動(dòng)較大，均值為0.944 5。因此，除暗調(diào)類型圖像在進(jìn)行CMYK顏色空間的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以優(yōu)先考慮前3個(gè)通道。

圖6 不同空間載體圖像的SSIM值

圖7 未受攻擊提取水印的NC值

3.2.2 抗幾何/非幾何攻擊魯棒性性能分析

分別對(duì)不同顏色空間下的圖像進(jìn)行了幾何（剪切、旋轉(zhuǎn)、縮放）、非幾何（高斯噪聲、椒鹽噪聲、JPEG壓縮）等攻擊并提取。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 各顏色空間的部分攻擊測(cè)試

圖8a～c為RGB顏色空間下圖像進(jìn)行的噪聲攻擊和JPEG壓縮攻擊結(jié)果，圖8d～f為L(zhǎng)ab顏色空間下圖像進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)和裁剪攻擊測(cè)試結(jié)果，圖8a～c為CMYK顏色空間下圖像進(jìn)行的裁剪和縮放測(cè)試結(jié)果。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在RGB顏色空間中，各種類型的圖像在受到裁剪、旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何攻擊后都展現(xiàn)出較強(qiáng)的抗攻擊能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，暗調(diào)、飽和色、風(fēng)景和中性灰類型的圖像在NC值方面均能達(dá)到0.98以上。亮調(diào)圖像在受到噪聲攻擊時(shí)的對(duì)抗能力相對(duì)較弱，但仍然能夠達(dá)到0.90以上的水平，使得水印能夠被清晰提取。JPEG壓縮攻擊如圖8c所示，飽和色類型的圖像在R和B通道的水印嵌入中表現(xiàn)出較差的對(duì)抗能力，但仍然保持NC值高于0.85的魯棒性要求。與之相比，飽和色圖像在G通道的嵌入效果較好。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于飽和色圖像，可以優(yōu)先考慮在RGB顏色空間的G通道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在Lab顏色空間中，各類型圖像對(duì)幾何攻擊展現(xiàn)出較強(qiáng)的魯棒性，NC值均在0.91以上。飽和色、亮調(diào)和人物類型圖像中的低復(fù)雜度圖像在b通道的嵌入方面相對(duì)較弱，但仍保持NC值大于0.91，水印仍然清晰可見(jiàn)。受到方差為0.01的高斯噪聲攻擊和噪聲密度為0.05的椒鹽噪聲攻擊后，暗調(diào)低復(fù)雜度圖像的效果較差，NC均值為0.87，但仍能提取出清晰的水印。在JPEG壓縮攻擊后，暗調(diào)低復(fù)雜度類型圖像在a通道的嵌入效果較其他通道差，而亮調(diào)低復(fù)雜度圖像在a和b通道嵌入的魯棒性比L通道的弱。然而，所有圖像的NC值都達(dá)到了0.90以上，表現(xiàn)出良好的魯棒性。

在CMYK顏色空間中，各類型圖像在任意通道下展現(xiàn)出較強(qiáng)的對(duì)抗攻擊能力。飽和色、風(fēng)景、亮調(diào)、人物和中性灰類型的圖像在受到幾何攻擊后提取的水印信息質(zhì)量最佳，NC值可達(dá)0.934。在受到方差為0.01的高斯噪聲攻擊和噪聲密度為0.05的椒鹽噪聲攻擊時(shí)，各類型圖像在前3個(gè)通道嵌入水印時(shí)表現(xiàn)出良好性能，NC值超過(guò)0.85。除了暗調(diào)類型圖像，在受到JPEG壓縮等攻擊時(shí)，其他類型圖像在K通道中嵌入水印時(shí)魯棒性浮動(dòng)較大。雖然可以提取出水印信息，但是水印質(zhì)量并不理想。

3.2.3 抗打印掃描魯棒性性能分析

對(duì)所有顏色空間的圖像進(jìn)行打印掃描實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行魯棒性分析，實(shí)驗(yàn)情況如圖9所示。

在打印掃描實(shí)驗(yàn)中，隨著不同顏色空間下的圖像復(fù)雜度的提高，能夠明顯提高水印的提取質(zhì)量，暗調(diào)圖像抗打印攻擊能力差。根據(jù)圖9a實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在RGB顏色空間中，除了暗調(diào)圖像外，其他類型的圖像在水印提取時(shí)表現(xiàn)良好，NC均值為0.88。圖9b實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Lab顏色空間的提取NC均值為0.87，除了暗調(diào)低復(fù)雜度圖像外，均超過(guò)了0.85，說(shuō)明提取效果良好。圖9c實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其他測(cè)試不同，在進(jìn)行打印實(shí)驗(yàn)中，在CMYK顏色空間的K通道嵌入水印可以提取出更優(yōu)質(zhì)的水印，因此在CMYK顏色空間打印實(shí)驗(yàn)時(shí)可優(yōu)先考慮K通道。

3個(gè)顏色空間的打印過(guò)程中，Lab顏色空間的抗打印掃描性能優(yōu)秀且穩(wěn)定優(yōu)于其余2個(gè)顏色空間，L通道面對(duì)打印掃描攻擊具有更好的魯棒性。

圖9 打印實(shí)驗(yàn)提取水印NC值

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)在不同顏色空間中的實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：在RGB顏色空間中，所有類型圖像均展現(xiàn)出優(yōu)秀的水印性能，特別是B通道的圖像嵌入后噪聲較小，具有優(yōu)秀的透明性。在面對(duì)幾何、非幾何攻擊時(shí)，亮調(diào)圖像在受到噪聲攻擊時(shí)的抵抗攻擊能力要弱于其他類型的圖像。在CIELAB顏色空間中，b通道各種類型的圖像在嵌入水印后透明性良好且穩(wěn)定，與原圖更接近、更具有透明性。暗調(diào)、亮調(diào)和飽和色類型的低復(fù)雜度圖像，在此顏色空間的b通道中受到各種攻擊的情況下的抗攻擊能力弱于更高復(fù)雜度的圖像。在CMYK顏色空間中，所有類型圖像都有出色的水印性能，M通道較其他通道透明性更優(yōu)，在進(jìn)行幾何、非幾何攻擊下K通道嵌入的魯棒性較弱，但在此空間中進(jìn)行打印實(shí)驗(yàn)時(shí)，K通道嵌入的圖像具有良好的抗打印掃描攻擊性能。相比CMYK顏色空間，CIELAB和RGB顏色空間對(duì)打印過(guò)程具有更好的魯棒性。在進(jìn)行風(fēng)景、飽和色和亮調(diào)類型圖像實(shí)驗(yàn)時(shí)，優(yōu)先考慮RGB和CIELAB顏色空間；而在進(jìn)行暗調(diào)、人物和中性灰類型圖像實(shí)驗(yàn)時(shí)，優(yōu)先考慮RGB和CMYK顏色空間的前3個(gè)通道。

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Effect of Color Space on Watermarking Performance of Printed Images

HOU Yun-yao,WANG Cai-yin*,YU Ying, SUN Yu-ting

(Dalian Polytechnic University, Liaoning Dalian 116034, China)

In digital-to-analog/analog-to-digital conversion, printed images mainly involve three color spaces: RGB, CIELAB and CMYK. The work aims to embed watermarking images in different color spaces based on the DCT-domain watermarking algorithm. Six types of images including dark tone, saturated tone, landscape, bright tone and human figure and neutral grey were selected to evaluate the transparency and robustness in each component image in RGB, LAB and CMYK color spaces with three complexity levels respectively. According to the transparency analysis, the transparency of watermark embedded in Lab space b channel, RGB space B channel and CMYK space M channel was better. According to the robustness analysis, images in bright tone had poor resistance to non-geometric attacks in the RGB space. The anti-attack performance of all images in the first three channels of CMYK was better than that in K channel. The anti-attack performance of all images in dark tone was poor in anti-print attack capability. The anti-print performance of all images in the LAB space was the best, among which that in L channel was the best. In this work, the effect of color spaces on the watermarking performance of printed images is systematically studied. The results show that color spaces have different effects on watermarking performance of image of different types and complexity. It improves the theoretical system of digital watermarking technology in the application of printed images, and will provide some guidance and reference for the industrial application and optimization of color image digital watermarking technology.

color space; printed image; digital watermarking; geometry attack

TB482；TP391

A

1001-3563(2023)23-0148-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.23.018

2023-04-25

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（61802041）；遼寧省教育廳基本科研項(xiàng)目（LJKMZ20220883）；遼寧省教育廳基本科研項(xiàng)目（LJKQZ2021120）

責(zé)任編輯：曾鈺嬋