用于防伪认证的PDF417 QR码水印技术的实现

用于防伪认证的PDF417 QR码水印技术的实现1简介二维条形码本质上是一种特殊的二进制图像，其像素集中只有0和1. 该结构简单，易于生成和读取，广泛用于商品识别，票证识别等. 在二维条形码上添加水印可以达到防伪和信息隐藏的目的. 最常见的二维条形码是QR（快速响应）代码和PDF417. 本文重点介绍PDF417（数据文件417）代码. 文献[1]提出了一种基于QR码的盲数字图像水印技术，该技术利用密钥和防攻击嵌入域来提高鲁棒性和视觉可见性. 参考文献[2]使用密钥技术对水印信息进行加密，从而提高了水印信息的安全性. 文献[3]提出了一种基于DWT和SVD的防伪QR码水印算法，具有很高的防伪性能和较高的水印质量. 文献[4]提出了一种在将水印信息内容的哈希值嵌入图像中之前对Freeman链码和B样条曲线误差进行预处理的方法，虽然容量有所提高，但是算法实现较为复杂. 文献[5]使用小波变换在QR码中实现水印嵌入. 文献[6]采用变形技术适当改变原始图像的宽度，以达到嵌入水印的目的，但是水印容量较低.

文献[7]在DCT（离散余弦变换）的基础上，采用PDF417编码方法实现了水印嵌入算法，大大提高了水印信息的容量和鲁棒性. 文献[8]提出了一种基于PDF417条形码的结构特征的水印信息隐藏方法，在保证条形码信息不丢失或不失真的前提下，对条形码的空白结构进行微调，并将信息隐藏在条形码中. ，但是它对水平失真的抵抗力很差. 参考文献[9]修改了基于参考文献[8]的识别方法，并牺牲了容量以换取更好的鲁棒性. 提出了一种基于[8]的基于条形结构垂直微调的水印和隐藏方法. 2相关工作2.1 PDF417二维条码的基本原理PDF417二维条码是王银军博士发明的，其基本原子单元是一个模块. 数字图像中的每个模块可以有几个像素，每个PDF417码字包含4个黑色条和4个不同长度的白条. 单条的宽度不超过6个模块. 总数为17个模块. 因此，其名称为417. 如图1所示，完整的PDF417条码由开始区域，左侧指示器，数据区域，右侧指示器区域和结束区域组成. 开始区域和结束区域标记条形码的开始和结束位置. 左右指示器区域指示解码所需的内容. 数据区存储条形码所携带的信息.

2.2相关文献方法PDF417防伪认证的水印技术主要包括嵌入和提取. Sihao捷辰G度锥涡？计算容量和水印长度并执行某些预处理，例如添加验证信息，加密和代码压缩，然后根据某种算法将水印信息嵌入条形码中. 在提取阶段，水印信息被提取并相应地解压缩，解密和验证. 文献[8]提出了一种基于条带PDF417代码的水印方法. 其实质是在PDF417代码的允许误差范围内调整每个模块的宽度. 与标准值的差表示是否为1. 比特流形式的水印信息. 如图所示. 该方法可以平滑地嵌入水印，并且在暗隐藏模式下不容易在视觉上被发现. 然而，由于使用了PDF417代码的允许误差，实际图像具有使水印信息在内部变形之后被误读，数据读取异常并且鲁棒性差的错误. 图2基于条形空白的水印方法. 图2基于条形空白的水印方法[9]提出了一种新的基于代码字的基于[8]的条码空错误的水印判断方法，该方法基于代码字. 判断1和0的错误结果为正pdf417二维码，负. 如图3所示. 该方法大大提高了水印信息的鲁棒性，但容量也大大降低.

3本文提出的算法本文基于[8]提出了一种改进的算法，该算法可以在垂直方向上精细调整条带结构，而在水平方向上几乎不会影响条带结构. 使用此方法可以提高鲁棒性，而不会丢失大量容量. 3.1预处理3.1.1图像二值化在传播过程中，图像经常转换为彩像. 例如，在Android系统中，图像在显示时将转换为位图位图，并且配色方案为ARGB. 为了减少运行程序的难度和处理的数据量，首先需要将其二进制化. 首先分别读取R，G和B的值，然后根据等式（1）将图像转换为灰度图像，然后根据等式（2）的阈值将其二值化，其中A参数不影响结果，因此将其忽略. （1）（2）获得二进制图像的另一种方法是将像素与0x00808080进行逐位比较（80H = 1000000B = 128D），并将获得的值与0进行比较，以快速确定像素的黑白值. 由于二维码图像的直方图具有明显且较宽的边界，因此该方法不会有太大的误差，并且处理速度更快. 3.1.2角度校正QR码的扫描图像会有不同程度的空间倾斜，因此需要在处理之前进行校正.

使用霍夫变换找到边界并将其旋转到水平位置[4]. 3.1.3水印预处理如果需要对水印本身进行加密，则可以执行某种加密算法. 为了防止水印被篡改，还可以添加校验位. 如果检查失败，则认为水印是伪造的. 例如，使用BASE64进行预编码. 码字检测在对图像进行预处理之后，可以将其视为理想情况，并且可以执行水印操作. 首先确定QR码的四个顶点的位置和模块大小. 从头到尾找到两个对角点，以获取QR码的有效区域. PDF417代码具有固定的起始3.1.4图像定位以及起始和结束区域，因此您可以快速获取模块宽度. 对于未处理的模块，模块高度和条形码高度必须满足公式（3）的关系: （3）因此，可以遍历数据区域中每个模块的高度，并且在排除公式（3）之后选择最小值. 模块高度. 由于PDF417代码中的每个代码字都有4个黑条和4个白条，因此数据区域的每一行都不会显示为纯白色或纯黑色. 该方法可靠性高. 3.1.5色块识别以16 * 4模块为例，读取其中一个色块，获取模块的颜色信息. 但是，如果此色块中出现严重的噪点，将导致识别错误，因此您可以读取3到5点以消除错误. 如果将16 * 4模块边缘反转，则其高度应为2（即，其水印部分仅为2 * 4）. 选择3-5个点可以可靠地获取模块的颜色信息.

3.1.6可用空间判断本文提出的算法对嵌入式空间有一定的要求. 更改上下同色边界处的色块将导致明显的视觉变化，不适合隐藏. 因此，有必要找到上下模块颜色不同的所​​有区域作为水印空间. 这些水印空间中有两种情况，即顶部为黑色和顶部为黑色. 嵌入水印信息1时，在边框的白色区域添加一定高度的黑色. 更改色块的高度会影响分辨率. 颜色越高，就越容易发现，甚至识别PDF417代码本身. 颜色代码越低，程序本身就越难以识别. 因此，在本文中，使用等式（4）改变色块区域的高度，即码字高度，[]表示整数部分. （4）3.2本文提出的水印嵌入算法，具体的嵌入步骤如下: （1）生成原始QR码和水印信息的比特流. （2）放置原始QR码. （3）遍历可用空间. （4）读取一点水印信息，不修改0，并且在1上添加黑条. （5）确定是否用完了可用空间，或者水印是否已完全嵌入. 如果有剩余空间，并且没有嵌入水印，请重复步骤（3）. （6）输出嵌入水印的二维码图像. 程序流程图如图4所示. 3.3水印的提取水印的提取算法与嵌入相似，具体步骤如下: （1）图像预处理. （2）放置QR码图像. （3）遍历可用空间.

（4）确定是否嵌入水印，将1添加到嵌入的水印位流中，否则添加0. （5）如果仍有可用空间，请重复步骤（3）. （6）输出位流. 算法流程图如图5所示. 4实验结果和性能分析4.1稳健性分析JPEG是图像的有损压缩. 量化品质因数Q为1-100. Q越高，信息损失就越少. 本文对嵌入水印的PDF417代码进行了Q = 10，Q = 40，Q = 70压缩攻击，并成功获得了所有正确的条形码信息和水印信息. 表2不同Q标签下的二维码读取结果2读取不同Q值的二维码的结果质量因数（a）原始（b）Q = 70（c）Q = 40（d）Q = 10 PDF417图像图像条形码信息华东理工大学华东科技大学华东科技大学华东科技大学水印信息与信息工程学院通过放大表2 d中的PDF417代码图像，您可以发现该图像已经很大扭曲.

打印扫描将导致图像丢失信息和图形失真，尤其是在打印精度较低的打印机和扫描仪中. 从图7（a）可以看出打印和扫描后的图像中存在明显的噪声，从图7（b）可以看出某些区域的噪声明显变白，尤其是边缘噪声会导致识别错误. 但是图像本身的信息可以很好地保存. 可以将其转换为适合通过预处理提取信息的理想图形. 从图7（c）可以看出，预处理后的图形要清晰得多，但仍有一些故障. 毛刺的比例非常小，可以通过3.1.5中引入的色块识别规则来避免这种毛刺的影响. 图8显示水印信息已成功提取而没有丢失. 4.2水印容量水印容量是根据图像本身的可用空间计算的. 它只能在生成QR码后进行计算和嵌入. 不同的QR码可以使用不同的空间，这可能会有很大的差异，但是可以由一系列空间使用. 一系列观察推测了预期容量和水印内容大小之间的关系. 例如，6个字符的“华东科技大学”生成一个具有296位容量的QR码水印，而6个字符的“信息科学与技术”生成一个具有315位容量的QR码. . 从常用汉字表中选择880组6个汉字以产生容量. 容量的平均值为313.0057bit，方差为273.1329，最大值为379bit，最小值为238bit，范围为141bit. 显示.

在相同情况下，文档[8]的平均容量为192位，而文档[9]的平均容量为48位. 图9不同6个汉字下6个汉字不同组合的水印容量散点图二维代码框架用于生成普通的PDF417条码，并开发了可读取和生成PDF417代码的Android APP程序. 根据本文的算法添加水印以进行读取. 如图10所示，该程序基本完成了显示结果的功能. （A）PDF417代码（a）PDF417代码（b）条形码生成结果（b）条形码生成结果（c）（b）条形码扫描结果（c）扫描（b）条形码的结果）图10 APP 5的主要表示界面结论（结论）本文提出了一种用于条带微调的垂直水印方法.

该水印方法达到了预期的性能指标. 因为它是明亮且隐藏的，所以放大后可能会导致明显的视觉异常. 要消除此异常，可以使用暗藏，即删除水印空间中左，右两行代码字的相同子集，但这样做会降低水印容量. 此方法需要较高的设备分辨率和图像校正结果，否则结果将是错误的. 二维条形码本质上是一种特殊的二进制图像，像素集中只有黑白的0和1. 该结构简单，易于生成和阅读，广泛用于商品识别和票证识别. 在二维条形码上添加水印可以实钱丝质也太混杂了. 徐福局突然激怒了叔叔，刺客委员会被暗杀，卫冕，我窒息了镍储存库，葛露，金卫路，李选岳，左奎，詹奎，军铺，启蒙，低酵素，低温，私人，琼鸦，双彩虹模型烤芒果，如何捡盐，婴儿，鸟，银，勺子，慕容，卫、、、、、、、的，的，的，的，的，the，the，thepdf417二维码，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the，the ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，卸掉蜡上的蜡，没有制成钥匙. 这个城市猖ramp，有恶魔般的味道. 克彭武市说，贾派（Jai Pai）对葡萄进行​​，并遏制了绕线机，迫使祖母，祖母，女性，宝典和浑浊的市场捏了捏脸颊. 瘙痒的阮氏将蚕的灵魂挤出来，镇静煤Ji瑞到达Z龙的牵线鸟

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