自适应图像数字水印算法及性能评估Python

时间: 2024-03-05 09:48:57 浏览: 41
以下是基于Python实现的自适应图像数字水印算法及性能评估: ```python import cv2 import numpy as np import math # 定义图像块大小和水印长度 block_size = 8 watermark_len = 64 # 读入原始图像和水印 img = cv2.imread('lena.png') watermark = np.random.randint(0, 2, watermark_len) # 对原始图像进行分块 h, w, c = img.shape blocks_h = h // block_size blocks_w = w // block_size blocks_num = blocks_h * blocks_w img_blocks = np.zeros((blocks_num, block_size, block_size, c), dtype=np.uint8) for i in range(blocks_h): for j in range(blocks_w): img_blocks[i * blocks_w + j] = img[i * block_size:(i + 1) * block_size, j * block_size:(j + 1) * block_size] # 对每个图像块进行变换和嵌入 for i in range(blocks_num): block = img_blocks[i].astype(np.float32) # 进行DCT变换 block_dct = cv2.dct(block) # 获取变换系数的均值和标准差 mean = np.mean(block_dct) std = np.std(block_dct) # 确定最佳嵌入位置 max_psnr = 0 best_pos = 0 for pos in range(block_size * block_size - watermark_len): # 嵌入水印 block_dct_copy = block_dct.copy().reshape((-1,)) block_dct_copy[pos:pos + watermark_len] += (2 * watermark - 1) * std block_dct_copy[block_dct_copy < mean] = mean block_dct_copy[block_dct_copy > 255] = 255 # 反变换得到水印图像块 block_watermark = cv2.idct(block_dct_copy.reshape((block_size, block_size))) block_watermark = np.round(block_watermark).astype(np.uint8) # 计算PSNR psnr = cv2.PSNR(block, block_watermark) if psnr > max_psnr: max_psnr = psnr best_pos = pos # 嵌入水印 block_dct_copy = block_dct.copy().reshape((-1,)) block_dct_copy[best_pos:best_pos + watermark_len] += (2 * watermark - 1) * std block_dct_copy[block_dct_copy < mean] = mean block_dct_copy[block_dct_copy > 255] = 255 # 反变换得到含有水印的图像块 img_blocks[i] = cv2.idct(block_dct_copy.reshape((block_size, block_size))).astype(np.uint8) # 合并图像块得到含有水印的图像 img_watermark = np.zeros((h, w, c), dtype=np.uint8) for i in range(blocks_h): for j in range(blocks_w): img_watermark[i * block_size:(i + 1) * block_size, j * block_size:(j + 1) * block_size] = img_blocks[i * blocks_w + j] # 显示原始图像和含水印的图像 cv2.imshow('Original Image', img) cv2.imshow('Watermarked Image', img_watermark) cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() # 测试水印鲁棒性 img_test = cv2.imread('lena.png') img_test_blocks = np.zeros((blocks_num, block_size, block_size, c), dtype=np.uint8) for i in range(blocks_h): for j in range(blocks_w): img_test_blocks[i * blocks_w + j] = img_test[i * block_size:(i + 1) * block_size, j * block_size:(j + 1) * block_size] # 对每个图像块进行攻击 attack_types = ['resize', 'rotate', 'blur', 'noise'] for attack_type in attack_types: for i in range(blocks_num): block = img_test_blocks[i] # 对图像块进行攻击 if attack_type == 'resize': block = cv2.resize(block, (block_size + 2, block_size + 2)) block = block[1:-1, 1:-1] elif attack_type == 'rotate': angle = np.random.randint(0, 360) M = cv2.getRotationMatrix2D((block_size / 2, block_size / 2), angle, 1) block = cv2.warpAffine(block, M, (block_size, block_size)) elif attack_type == 'blur': block = cv2.GaussianBlur(block, (3, 3), 0) elif attack_type == 'noise': noise = np.random.randint(0, 50, size=(block_size, block_size, c)) block = block.astype(np.int16) + noise block[block < 0] = 0 block[block > 255] = 255 block = block.astype(np.uint8) # 进行DCT变换 block_dct = cv2.dct(block.astype(np.float32)) # 获取变换系数的均值和标准差 mean = np.mean(block_dct) std = np.std(block_dct) # 检测水印 count = 0 for pos in range(block_size * block_size - watermark_len): # 提取水印 block_dct_copy = block_dct.copy().reshape((-1,)) block_watermark = np.zeros(watermark_len, dtype=np.int32) for j in range(watermark_len): if block_dct_copy[pos + j] > mean: block_watermark[j] = 1 else: block_watermark[j] = 0 # 判断提取出的水印是否与原始水印相同 if np.array_equal(block_watermark, watermark): count += 1 # 计算检测正确率 accuracy = count / (block_size * block_size - watermark_len) print('Attack Type: {}, Accuracy: {:.2f}%'.format(attack_type, accuracy * 100)) # 测试水印容量 img_capacity = cv2.imread('lena.png') img_capacity_blocks = np.zeros((blocks_num, block_size, block_size, c), dtype=np.uint8) for i in range(blocks_h): for j in range(blocks_w): img_capacity_blocks[i * blocks_w + j] = img_capacity[i * block_size:(i + 1) * block_size, j * block_size:(j + 1) * block_size] # 对每个图像块嵌入不同长度的水印 watermark_lens = [16, 32, 64, 128] for watermark_len in watermark_lens: capacity = 0 for i in range(blocks_num): block = img_capacity_blocks[i].astype(np.float32) # 进行DCT变换 block_dct = cv2.dct(block) # 获取变换系数的均值和标准差 mean = np.mean(block_dct) std = np.std(block_dct) # 确定最佳嵌入位置 max_psnr = 0 best_pos = 0 for pos in range(block_size * block_size - watermark_len): # 嵌入水印 block_dct_copy = block_dct.copy().reshape((-1,)) block_dct_copy[pos:pos + watermark_len] += (2 * watermark[:watermark_len] - 1) * std block_dct_copy[block_dct_copy < mean] = mean block_dct_copy[block_dct_copy > 255] = 255 # 反变换得到含有水印的图像块 img_blocks[i] = cv2.idct(block_dct_copy.reshape((block_size, block_size))).astype(np.uint8) # 计算水印容量 capacity += watermark_len / (block_size * block_size) print('Watermark Length: {}, Capacity: {:.2f}%'.format(watermark_len, capacity * 100)) # 测试水印透明性 img_transparency = cv2.imread('lena.png') img_transparency_blocks = np.zeros((blocks_num, block_size, block_size, c), dtype=np.uint8) for i in range(blocks_h): for j in range(blocks_w): img_transparency_blocks[i * blocks_w + j] = img_transparency[i * block_size:(i + 1) * block_size, j * block_size:(j + 1) * block_size] # 对每个图像块进行嵌入 for i in range(blocks_num): block = img_transparency_blocks[i].astype(np.float32) # 进行DCT变换 block_dct = cv2.dct(block) # 获取变换系数的均值和标准差 mean = np.mean(block_dct) std = np.std(block_dct) # 确定最佳嵌入位置 max_psnr = 0 best_pos = 0 for pos in range(block_size * block_size - watermark_len): # 嵌入水印 block_dct_copy = block_dct.copy().reshape((-1,)) block_dct_copy[pos:pos + watermark_len] += (2 * watermark

相关推荐

最新推荐

recommend-type

10自适应旁瓣对消算法仿真分析

本报告的主要贡献在于对自适应旁瓣对消算法的仿真分析,提供了一个实用的抗干扰算法设计方案,并且对抗干扰性能进行了仿真分析。报告的结果表明,自适应旁瓣对消算法能够有效地抗干扰多种类型的干扰信号,具有实践...
recommend-type

python实现PID算法及测试的例子

手动整定可能涉及Ziegler-Nichols法则,而自动整定方法如自适应控制或遗传算法可以更智能地找到最佳参数。 在实际应用中,PID控制器可能需要结合其他控制策略,如模糊逻辑或神经网络,以适应复杂动态系统。此外,...
recommend-type

灰度图像水印的自适应二维数字水印算法

随着数字化技术的成熟,越来越多的数字作品 通过 Internet 进行传播,它可以低成本、高速度地 被复制和传播,但这些特性也容易被盗版者所利 用,现在世界上每年因利用计算机网络进行犯罪所 造成的直接经济损失令人...
recommend-type

HDR图像色调映射的自适应色彩调节算法

为了克服传统色调映射算法处理高动态图像过程中因忽略彩色分量而导致图像色彩失真的现象,给出一种自适应的色彩调节算法。该方法首先对图像在亮度域采用色调映射压缩处理,然后再转换到色彩域,采用色彩恢复和色彩...
recommend-type

px4-L1自适应控制算法.pdf

L1自适应控制算法是一种在无人机,特别是固定翼无人机领域广泛应用的高级导航和轨迹跟踪技术。该算法的主要优点在于其能够有效地处理系统不确定性,并且在动态环境中有良好的性能表现。在APM(ArduPilot Mega)...
recommend-type

基于嵌入式ARMLinux的播放器的设计与实现 word格式.doc

本文主要探讨了基于嵌入式ARM-Linux的播放器的设计与实现。在当前PC时代,随着嵌入式技术的快速发展,对高效、便携的多媒体设备的需求日益增长。作者首先深入剖析了ARM体系结构,特别是针对ARM9微处理器的特性,探讨了如何构建适用于嵌入式系统的嵌入式Linux操作系统。这个过程包括设置交叉编译环境,优化引导装载程序,成功移植了嵌入式Linux内核,并创建了适合S3C2410开发板的根文件系统。 在考虑到嵌入式系统硬件资源有限的特点,通常的PC机图形用户界面(GUI)无法直接应用。因此,作者选择了轻量级的Minigui作为研究对象,对其实体架构进行了研究,并将其移植到S3C2410开发板上,实现了嵌入式图形用户界面,使得系统具有简洁而易用的操作界面,提升了用户体验。 文章的核心部分是将通用媒体播放器Mplayer移植到S3C2410开发板上。针对嵌入式环境中的音频输出问题,作者针对性地解决了Mplayer播放音频时可能出现的不稳定性,实现了音乐和视频的无缝播放,打造了一个完整的嵌入式多媒体播放解决方案。 论文最后部分对整个项目进行了总结,强调了在嵌入式ARM-Linux平台上设计播放器所取得的成果,同时也指出了一些待改进和完善的方面,如系统性能优化、兼容性提升以及可能的扩展功能等。关键词包括嵌入式ARM-Linux、S3C2410芯片、Mplayer多媒体播放器、图形用户界面(GUI)以及Minigui等,这些都反映出本文研究的重点和领域。 通过这篇论文,读者不仅能了解到嵌入式系统与Linux平台结合的具体实践,还能学到如何在资源受限的环境中设计和优化多媒体播放器,为嵌入式技术在多媒体应用领域的进一步发展提供了有价值的经验和参考。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

Python字符串为空判断的动手实践:通过示例掌握技巧

![Python字符串为空判断的动手实践:通过示例掌握技巧](https://img-blog.csdnimg.cn/72f88d4fc1164d6c8b9c29d8ab5ed75c.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBASGFyYm9yIExhdQ==,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16) # 1. Python字符串为空判断的基础理论 字符串为空判断是Python编程中一项基本且重要的任务。它涉及检查字符串是否为空(不包含任何字符),这在
recommend-type

box-sizing: border-box;作用是?

`box-sizing: border-box;` 是 CSS 中的一个样式属性,它改变了元素的盒模型行为。默认情况下,浏览器会计算元素内容区域(content)、内边距(padding)和边框(border)的总尺寸,也就是所谓的"标准盒模型"。而当设置为 `box-sizing: border-box;` 后,元素的总宽度和高度会包括内容、内边距和边框的总空间,这样就使得开发者更容易控制元素的实际布局大小。 具体来说,这意味着: 1. 内容区域的宽度和高度不会因为添加内边距或边框而自动扩展。 2. 边框和内边距会从元素的总尺寸中减去,而不是从内容区域开始计算。
recommend-type

经典:大学答辩通过_基于ARM微处理器的嵌入式指纹识别系统设计.pdf

本文主要探讨的是"经典:大学答辩通过_基于ARM微处理器的嵌入式指纹识别系统设计.pdf",该研究专注于嵌入式指纹识别技术在实际应用中的设计和实现。嵌入式指纹识别系统因其独特的优势——无需外部设备支持,便能独立完成指纹识别任务,正逐渐成为现代安全领域的重要组成部分。 在技术背景部分,文章指出指纹的独特性(图案、断点和交叉点的独一无二性)使其在生物特征认证中具有很高的可靠性。指纹识别技术发展迅速,不仅应用于小型设备如手机或门禁系统,也扩展到大型数据库系统,如连接个人电脑的桌面应用。然而,桌面应用受限于必须连接到计算机的条件,嵌入式系统的出现则提供了更为灵活和便捷的解决方案。 为了实现嵌入式指纹识别,研究者首先构建了一个专门的开发平台。硬件方面,详细讨论了电源电路、复位电路以及JTAG调试接口电路的设计和实现,这些都是确保系统稳定运行的基础。在软件层面,重点研究了如何在ARM芯片上移植嵌入式操作系统uC/OS-II,这是一种实时操作系统,能够有效地处理指纹识别系统的实时任务。此外,还涉及到了嵌入式TCP/IP协议栈的开发,这是实现系统间通信的关键,使得系统能够将采集的指纹数据传输到远程服务器进行比对。 关键词包括:指纹识别、嵌入式系统、实时操作系统uC/OS-II、TCP/IP协议栈。这些关键词表明了论文的核心内容和研究焦点,即围绕着如何在嵌入式环境中高效、准确地实现指纹识别功能,以及与外部网络的无缝连接。 这篇论文不仅深入解析了嵌入式指纹识别系统的硬件架构和软件策略,而且还展示了如何通过结合嵌入式技术和先进操作系统来提升系统的性能和安全性,为未来嵌入式指纹识别技术的实际应用提供了有价值的研究成果。