第15卷第5期 智能系统学报 Vol.15 No.5 2020年9月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Sep.2020 D0:10.11992tis.201903016 网络出版地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20200320.1038.010html 一种适用于QR码的彩色图像数字水印算法 沈艳冰，杨阳，李竹 (山西师范大学物理与信息工程学院，山西临汾041004) 摘要：针对彩色图像数字水印算法存在鲁棒性能差的缺陷，提出一种适用于Q码的彩色图像数字水印算 法。将彩色载体图像从RGB空间转换到YCCb空间，提取其Y分量并实施三级DWT、DCT和SVD操作获取 对角矩阵；利用加性规则将实施Logistic映射和Aold变换后的QR码嵌入对角矩阵中。实验结果表明：嵌入 QR码的彩色图像PSNR值为59.4919，经过噪声、压缩、旋转、对比度变化等攻击后，其PSNR值和NC值分别 稳定在30和0.98以上，提取的Q码都可通过手机扫描识别，解决了抗攻击能力差的缺陷。 关键词：彩色图像；QR码；Logistic映射；Arnold变换；离散小波变换；离散余弦变换；奇异值分解；鲁棒性 中图分类号：TP309文献标志码：A文章编号：1673-4785(2020)05-0949-07 中文引用格式：沈艳冰，杨阳，李竹.一种适用于QR码的彩色图像数字水印算法.智能系统学报，2020,15(5)：949-955. 英文引用格式：SHEN Yanbing,YANG Yang,LI Zhu..Digital watermarking algorithm for color images on QR codes.CAAI transactions on intelligent systems,2020,15(5):949-955. Digital watermarking algorithm for color images on QR codes SHEN Yanbing,YANG Yang,LI Zhu (School of Physics and Information Engineering,Shanxi Normal University,Linfen 041004,China) Abstract:Aiming at the poor robust performance of digital watermarking algorithms for color images,we propose a di- gital watermarking algorithm for color images applied to QR codes.A color carrier image is converted from RGB space to YCrCb space,in which the Y component is extracted and three-level discrete wavelet transform,discrete cosine trans- form,and singular value decomposition operations are gradually implemented to obtain the diagonal matrix;the QR code watermarking image implemented by a logistic chaotic map and an Arnold transform is successively embedded in the diagonal matrix through additive rules.The experimental results show that the peak signal-to-noise ratio (PSNR) value of the color image embedded with the QR code is 59.491 9.After the attacks of noises,compression,rotation,and contrast change,the PSNR and normalized correlation values are stably above 30 and 0.98,respectively.The extracted QR codes can be recognized by mobile phone scanning,which solves the poor anti-attack capability. Keywords:color image;QR code;Logistic chaotic mapping;Arnold transform;DWT;DCT;SVD;robustness 数字水印可根据水印嵌入方式的不同分为空 将QR码作为水印信息嵌入变换域中，则能够 间域水印和变换域水印。前者是将水印信息直接 增加水印信息的嵌入量和加强水印算法的鲁棒性。 嵌入载体图像像素中，后者是对载体图像做适当 Zhang等)提出对载体图像实施一级离散小 变换后嵌人水印信息。由于后者具有更强的抗攻 波变换(discrete wavelet transform,DWT),选择其 击能力且鲁棒性能较优，通常选择后者。快速响 低频子图实施8×8分块，再进行离散余弦变换 应二维码(quick response code,QR码)，是二维条 (discrete cosine transform,DCT),并从4×4左上变 码的一种，通过扫描可以迅速获得其所携带的信 换系数矩阵中提取组织新的矩阵实施奇异值分 息，主要特点是自身容量大、纠错能力强川。如果 解(singular value decomposition,SVD)操作获得对 收稿日期：2019-03-16.网络出版日期：2020-03-20. 基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(61503231)， 角矩阵，最后在对角矩阵中嵌人水印。由实验数 通信作者：李竹.E-mail:sxlizhu@126.com. 据可知，鲁棒性较强，但实验选取的载体图像非DOI: 10.11992/tis.201903016 网络出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20200320.1038.010.html 一种适用于 QR 码的彩色图像数字水印算法 沈艳冰，杨阳，李竹 （山西师范大学 物理与信息工程学院，山西 临汾 041004） 摘 要：针对彩色图像数字水印算法存在鲁棒性能差的缺陷，提出一种适用于 QR 码的彩色图像数字水印算 法。将彩色载体图像从 RGB 空间转换到 YCrCb 空间，提取其 Y 分量并实施三级 DWT、DCT 和 SVD 操作获取 对角矩阵；利用加性规则将实施 Logistic 映射和 Arnold 变换后的 QR 码嵌入对角矩阵中。实验结果表明：嵌入 QR 码的彩色图像 PSNR 值为 59.491 9，经过噪声、压缩、旋转、对比度变化等攻击后，其 PSNR 值和 NC 值分别 稳定在 30 和 0.98 以上，提取的 QR 码都可通过手机扫描识别，解决了抗攻击能力差的缺陷。 关键词：彩色图像；QR 码；Logistic 映射；Arnold 变换；离散小波变换；离散余弦变换；奇异值分解；鲁棒性 中图分类号：TP309 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2020)05−0949−07 中文引用格式：沈艳冰, 杨阳, 李竹. 一种适用于 QR 码的彩色图像数字水印算法 [J]. 智能系统学报, 2020, 15(5): 949–955. 英文引用格式：SHEN Yanbing, YANG Yang, LI Zhu. Digital watermarking algorithm for color images on QR codes[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2020, 15(5): 949–955. Digital watermarking algorithm for color images on QR codes SHEN Yanbing，YANG Yang，LI Zhu (School of Physics and Information Engineering, Shanxi Normal University, Linfen 041004, China) Abstract: Aiming at the poor robust performance of digital watermarking algorithms for color images, we propose a di￾gital watermarking algorithm for color images applied to QR codes. A color carrier image is converted from RGB space to YCrCb space, in which the Y component is extracted and three-level discrete wavelet transform, discrete cosine trans￾form, and singular value decomposition operations are gradually implemented to obtain the diagonal matrix; the QR code watermarking image implemented by a logistic chaotic map and an Arnold transform is successively embedded in the diagonal matrix through additive rules. The experimental results show that the peak signal-to-noise ratio (PSNR) value of the color image embedded with the QR code is 59.491 9. After the attacks of noises, compression, rotation, and contrast change, the PSNR and normalized correlation values are stably above 30 and 0.98, respectively. The extracted QR codes can be recognized by mobile phone scanning, which solves the poor anti-attack capability. Keywords: color image; QR code; Logistic chaotic mapping; Arnold transform; DWT; DCT; SVD; robustness 数字水印可根据水印嵌入方式的不同分为空 间域水印和变换域水印。前者是将水印信息直接 嵌入载体图像像素中，后者是对载体图像做适当 变换后嵌入水印信息。由于后者具有更强的抗攻 击能力且鲁棒性能较优，通常选择后者。快速响 应二维码 (quick response code，QR 码)，是二维条 码的一种，通过扫描可以迅速获得其所携带的信 息，主要特点是自身容量大、纠错能力强[1]。如果 将 QR 码作为水印信息嵌入变换域中，则能够 增加水印信息的嵌入量和加强水印算法的鲁棒性[2]。 Zhang 等 [3] 提出对载体图像实施一级离散小 波变换（discrete wavelet transform,DWT），选择其 低频子图实施 8×8 分块，再进行离散余弦变换 (discrete cosine transform, DCT)，并从 4×4 左上变 换系数矩阵中提取组织新的矩阵实施奇异值分 解 (singular value decomposition,SVD) 操作获得对 角矩阵，最后在对角矩阵中嵌入水印。由实验数 据可知，鲁棒性较强，但实验选取的载体图像非 收稿日期：2019−03−16. 网络出版日期：2020−03−20. 基金项目：国家自然科学基金青年基金项目 (61503231). 通信作者：李竹. E-mail：sxlizhu@126.com. 第 15 卷第 5 期 智 能 系 统 学 报 Vol.15 No.5 2020 年 9 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Sep. 2020