本書是上海理工大學孫劉杰博士教授團隊在光學專家莊松林院士的指導下，近十年來在光全息水印技術領域的研究成果的總結(jié)，全書分為六章，從概念、理論、技術和應用等角度對數(shù)字水印與光全息水印技術進行了全面系統(tǒng)的闡述。本書內(nèi)容先進，具有重要的理論和應用價值，在數(shù)字媒體的版權保護、印刷圖像的認證和包裝防偽等方面有廣泛的應用前景。
前 言
本書是光學全息水印技術的專論，是在光學專家莊松林院士的指導下，孫劉杰博士教授團隊十余年的研究成果的總結(jié)。成果具有技術先進性，具有重要的理論和應用價值，在數(shù)字媒體的版權保護、印刷圖像的認證和包裝防偽等方面有廣泛的應用前景。本書對數(shù)字水印的研究和應用具有重要的參考價值，也可以作為數(shù)字水印技術課程的教材或參考書。內(nèi)容包括：1、光學全息技術；2、光學全息加密解密技術；3、數(shù)字水印技術概論；4、光全息空間域水印技術；5、光全息變換域水印技術；6、彩色圖像光全息水印技術；7、三維模型光全息水印技術等。本書從理論、技術和應用等角度全面論述光學全息水印技術，推動光全息水印技術的推廣和應用。
數(shù)字水印技術是一種保護數(shù)字作品版權的技術。數(shù)字水印利用人類的聽覺、視覺系統(tǒng)的特點，在聲音、圖像和視頻等數(shù)字作品中加入一定的信息，使人們很難分辨加水印后的數(shù)字作品與原始數(shù)字作品的區(qū)別，而通過專門的檢測方法又能提取所加信息，以此證明原創(chuàng)作者對數(shù)字媒體的版權。數(shù)字水印技術是一種特殊的信息隱藏技術，用于證明數(shù)字作品的真實可靠性、跟蹤盜版行為或者提供產(chǎn)品的附加信息。其中的秘密信息可以是版權標志、用戶序列號或者產(chǎn)品相關信息。
光全息數(shù)字水印技術是指通過數(shù)字全息術生成水印，并嵌入到原始作品中，作為版權保護、真?zhèn)舞b別、產(chǎn)品偵測與跟蹤等手段的一種水印技術。由于全息術的諸多優(yōu)點，如部分可以恢復整體、三維顯示、強位壓縮和抗干擾性能等，光全息水印技術成為研究和應用的熱點。
全書共分為六章，章講述光全息理論與全息加密解密技術，從理論推導和仿真實驗分析兩個方面，詳細分析討論了加密全息圖像的性質(zhì)，得出加密全息圖像具有能夠恢復原始信息的能力、強位壓縮性能、強抗剪切能力、有一定的抗隨機干擾能力、具有抗分析攻擊的能力，為加密全息圖像的應用提供了強有力的理論依據(jù)。第二章全面論述了數(shù)字水印與光全息水印技術，從理論分析和仿真實驗兩個方面，證明了加密全息水印技術可以作為數(shù)字作品版權保護的重要手段，具有不可見性、魯棒性和安全性。其嵌入過程是通過簡單的加法規(guī)則實現(xiàn)的，可以由數(shù)字計算方法和光學方法實現(xiàn)。第三章論述抗幾何攻擊全息水印技術，在變換域上進行水印嵌入，并結(jié)合傅里葉-梅林變換、特征點匹配的矯正算法、SIFT和SSIM變換算法，實現(xiàn)了全息水印的抗幾何變換。第四章重點論述了自適應全息水印技術，結(jié)合人眼視覺系統(tǒng)的敏感特性，提出了基于DWT變換的圖像內(nèi)容自適應、K-means聚類的圖像特征自適應、SIFT算法的圖像區(qū)域自適應、HVS和Contourlet變換的自適應等自適應全息水印，提高了全息水印質(zhì)量。第五章講述基于光全息標識及水印的印刷品防偽技術，重點講述CMYK顏色空間的變換域全息水印算法，并在印鐵包裝防偽中得到應用；第六章講述基于光全息技術的三維模型水印技術，面向三角網(wǎng)格、點云三維模型提出了小波變換的三維模型加密全息盲水印算法、基于離散余弦變換的三維點云模型全息盲水印算法。由于三維模型的獲取、加工處理更加復雜，投入的人力、物力和財力更多，凝聚了更多的智力因素，三維模型全息水印技術的研究具有更高的應用價值。
全息水印技術及其應用研究得到了上海市重點學科基金：印刷出版（P0501）和光學工程（T0501）；上海市*重點研究項目：三維模型數(shù)字全息水印技術研究（13ZZ111）；上海市寶山區(qū)科委項目：數(shù)字水印技術在印鐵包裝防偽中的應用研究（CXY-2012-16）；國家數(shù)字版權保護技術重大研發(fā)工程項目：光全息水印技術應用研究（GXTC-CZ-1015004/15-3）；國家新聞出版總署數(shù)字印刷工程研究中心開放基金項目：印刷品防偽標識技術研究；上海市*085工程項目：印刷光學防偽技術重點實驗室等項目的資助。參與全息水印技術研究的人員除著作者外，還有鄭繼紅、張雷洪、李孟濤、徐卓、王子煜、李晨璐、周中原、劉寧寧、秦楊、于海嬌、李毓彬、包觀笑、商靜靜等，徐逸、王勇、龔一珉三位研究生在文字編輯和排版等方面做了大量工作，在此表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，書中錯誤和疏漏在所難免，肯請讀者讀者批評指正。
著 者
2016年10月
孫劉杰，上海理工大學出版印刷與藝術設計學院，教授，包裝印刷研究所所長，具有較豐富的科研和教學實踐經(jīng)驗。著有多部專著、教材及論文。
王文舉，上海理工大學出版印刷與藝術設計學院，博士、講師。
第1章光全息理論與全息加密解密技術... 1
1.1光全息理論概述... 1
1.1.1引言... 1
1.1.2 全息術原理... 2
1.1.3 傅里葉變換全息圖... 4
1.1.4 菲涅耳全息圖... 7
1.2傅里葉全息加密技術... 9
1.2.1雙隨機相位調(diào)制技術... 9
1.2.2加密圖像同軸全息技術... 10
1.2.3加密相位同軸全息技術... 18
1.2.4加密傅里葉全息技術... 22
1.3菲涅爾全息加密技術... 26
1.3.1菲涅耳衍射調(diào)制加密技術... 26
1.3.2加密同軸菲涅耳全息圖像... 29
1.3.3加密菲涅耳衍射離軸全息圖像... 34
1.4小結(jié)... 35
參考文獻... 36
第2章數(shù)字水印與光全息水印技術... 37
2.1數(shù)字水印技術概述... 37
2.1.1數(shù)字水印概念... 37
2.1.2數(shù)字水印的基本框架模型... 39
2.1.3數(shù)字水印分類... 42
2.2數(shù)字水印技術主要性能... 44
2.2.1不可見性... 44
2.2.2安全性（security）... 45
2.2.3魯棒性（robustness）... 46
2.3光全息水印技術... 46
2.4加密全息水印技術... 48
2.4.1 加密全息水印生成嵌入和提取.... 48
2.4.2 加密全息圖像水印盲提取技術.... 50
2.5加密全息水印仿真結(jié)果和性能分析... 55
2.5.1加密圖像同軸全息水印技術.... 55
2.5.2加密傅里葉全息水印技術.... 60
2.6小結(jié).... 61
參考文獻... 61
第3章 抗幾何攻擊全息水印防偽技術... 62
3.1基于變換域的全息水印算法.... 63
3.1.1基本理論與技術.... 63
3.1.2 水印的嵌入和提取方法... 66
3.1.3 實驗結(jié)果與分析... 67
3.1.4 小結(jié)... 68
3.2基于傅里葉-梅林變換的水印算法... 69
3.2.1 傅里葉-梅林變換... 69
3.2.2 水印的嵌入和提取技術... 72
3.2.3 實驗結(jié)果與分析... 73
3.2.4 小結(jié)... 75
3.3基于特征點匹配的矯正水印算法... 76
3.3.1 基于特征點匹配的矯正方法... 76
3.3.2 水印的嵌入和提取技術... 80
3.3.3 實驗結(jié)果與分析.... 81
3.3.4 小結(jié).... 84
3.4面向打印掃描的抗旋轉(zhuǎn)全息水印算法.... 84
3.4.1 DCT全息水印.... 84
3.4.2旋轉(zhuǎn)校正.... 86
3.4.3實驗結(jié)果與分析.... 88
3.4.4小結(jié)... 89
3.5抗任意角度旋轉(zhuǎn)的全息水印算法... 90
3.5.1 圖像結(jié)構(gòu)相似度SSIM... 90
3.5.2實驗結(jié)果與分析... 92
3.5.3小結(jié)... 95
3.6基于SIFT和SSIM變換的抗旋轉(zhuǎn)全息水印算法... 95
3.6.1 基于SIFT的尺度校正... 96
3.6.2 基于結(jié)構(gòu)相似度（SSIM）的旋轉(zhuǎn)校正... 96
3.6.3實驗結(jié)果與分析... 98
3.6.4小結(jié)... 100
參考文獻... 101
第4章自適應全息水印技術... 104
4.1人眼視覺系統(tǒng)的敏感特性分析... 104
4.1.1亮度敏感性... 105
4.1.2頻率敏感性... 105
4.1.3邊緣和紋理敏感性... 106
4.2基于DWT變換的圖像內(nèi)容自適應水印技術... 106
4.2.1水印嵌入位置和強度計算... 106
4.2.2水印嵌入算法... 109
4.2.3水印提取算法... 110
4.2.4仿真實驗與性能分析... 110
4.2.5小結(jié)... 117
4.3基于SIFT算法的圖像區(qū)域自適應水印技術... 118
4.3.1 SIFT算法分析... 118
4.3.2 圖像區(qū)域自適應的數(shù)字全息水印算法... 120
4.3.3小結(jié)... 127
4.4基于K-means聚類的圖像特征自適應水印技術... 127
4.4.1 K-means圖像處理技術... 127
4.4.2基于圖像特征區(qū)域的全息水印算法... 129
4.4.3小結(jié)... 134
4.5基于HVS和Contourlet變換的自適應水印技術... 134
4.5.1 Contourlet變換... 134
4.5.2基于HVS的Contourlet變換域掩蓋模型構(gòu)建... 135
4.5.3水印嵌入算法... 137
4.5.4水印提取算法... 138
4.5.5仿真實驗與性能分析... 138
4.5.6小結(jié)... 142
參考文獻... 143
第5章基于光全息標識及水印的印刷品防偽技術... 144
5.1印刷及印刷防偽技術概述... 144
5.1.1印刷技術... 144
5.1.2印刷防偽技術... 145
5.2加密全息標識印刷和認證技術... 146
5.2.1加密全息標識生成、印制和認證方法... 146
5.2.2加密全息標識防偽技術... 147
5.2.3加密全息防偽標識尺寸和畸變校正問題討論... 151
5.3加密全息水印印刷和認證技術... 153
5.3.1加密傅里葉全息水印印刷和認證... 153
5.3.2雙隨機相位加密同軸數(shù)字全息水印印刷和認證... 154
5.3.3離軸菲涅耳變換加密面像全息水印印刷和認證... 154
5.4基于CMYK顏色空間的變換域全息水印算法及應用研究... 157
5.4.1基于CMYK顏色空間的變換域全息水印算法理論分析... 157
5.4.2基于CMYK顏色空間變換域全息水印的嵌入與提取算法... 160
5.4.3仿真實驗研究... 161
5.4.4基于CMYK顏色空間的變換域全息水印算法在金屬防偽包裝上的應用 162
5.5數(shù)字水印技術在印鐵包裝防偽中的應用研究... 165
5.5.1印鐵包裝防偽中的關鍵技術... 165
5.5.2基于CMYK顏色空間的光全息水印算法解決同步問題的理論分析 166
5.5.3傅里葉-梅林變換具有幾何不變性的原理分析... 168
5.5.4印鐵包裝防偽中水印的嵌入與提取算法... 169
參考文獻.... 170
第6章 三維模型水印算法研究... 171
6.1引言... 171
6.2加密光全息的三維模型空域數(shù)字水印算法... 174
6.2.1空間域三維網(wǎng)格模型水印的基本框架... 174
6.2.2水印的嵌入與提取算法... 175
6.2.3水印的增強與檢測... 178
6.2.4實驗結(jié)果與分析... 181
6.3小波變換的三維模型加密全息盲水印算法... 186
6.3.1變換域三維網(wǎng)格模型水印的基本框架... 186
6.3.2基于DWT的三維網(wǎng)格模型加密全息盲水印... 187
6.3.3實驗結(jié)果與分析... 191
6.4基于離散余弦變換的三維點云模型全息盲水印算法... 194
6.4.1水印的嵌入... 194
6.4.2水印提取算法... 195
6.4.3實驗結(jié)果... 196
參考文獻... 199
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