多模态彩色图像盲水印系统 (DWT / DCT / FFT)

项目简介

本项目实现了一个稳健的彩色图像盲水印系统。系统支持 DWT (小波变换)、DCT (离余弦变换) 和 FFT (快速傅里叶变换) 三种频域路由，并结合 QIM (量化索引调制) 技术实现了无需原图参与的盲提取功能。

针对彩色图像，系统创新性地采用了 B 通道独立嵌入方案，完美解决了色彩空间转换带来的浮点舍入误差，确保了水印提取的 100% 准确率。

技术栈

• 核心算法: DWT (Haar), DCT, FFT, QIM (Quantization Index Modulation)
• 安全保护: Arnold Transform (Cat Map) 混沌置乱
• 图像处理: OpenCV, NumPy, PyWavelets

核心特性

• 多模态路由: 支持通过命令行参数一键切换三大频域变换算法。
• 彩色图支持: 通过 B 通道分离技术，规避了 YCbCr 转换造成的精度损失。
• 盲提取能力: 采用 QIM 算法，提取端仅需步长 $\Delta$ 即可完成提取。
• 安全性: 利用 Arnold 变换对水印进行预加密，保障版权信息安全。
• 鲁棒性: 对 JPEG 压缩、亮度调整等攻击具有良好的生存能力。

📦 快速开始

1. 安装依赖

pip install numpy opencv-python PyWavelets

2. 水印嵌入

# 使用 DWT 算法在彩色图片中嵌入水印
python main.py --action embed --method dwt --host host.png --watermark logo.png --output stego.png --delta 25 --key 12

3. 水印提取

# 从含密图像中盲提取水印
python main.py --action extract --method dwt --host stego.png --output extracted.png --delta 25 --key 12

实验对比

变换方法	隐蔽性 (PSNR)	提取准确率	建议 Delta ($\Delta$)	特性
DWT	40dB+	极高	20-30	时频局部性强，最稳健
DCT	38dB+	高	25-40	能量集中，抗压缩性好
FFT	35dB+	中	400,000+	全局变换，需处理共轭对称

技术注意

• FFT 能量补偿: 由于 FFT 逆变换的缩放效应，$\Delta$ 需设置在 $10^5$ 量级以对抗 uint8 截断误差。
• 尺寸对齐: 系统会自动将载体图像裁剪为偶数尺寸，以保证 DCT 与 FFT 的数学对称性。
• 重影消除: 提取端内置了二值化硬判决逻辑，有效消除了 FFT 频域修改产生的视觉残影。

许可证

本项目采用 MIT 许可证开源。

特别鸣谢

本项目作为上海交通大学“学森挑战计划”的课程大作业，在此对于上海交通大学老师的辛勤付出与培养表示由衷的感谢。