本书是上海理工大学孙刘杰博士教授团队在光学专家庄松林院士的指导下，近十年来在光全息水印技术领域的研究成果的总结，全书分为六章，从概念、理论、技术和应用等角度对数字水印与光全息水印技术进行了全面系统的阐述。本书内容先进，具有重要的理论和应用价值，在数字媒体的版权保护、印刷图像的认证和包装防伪等方面有广泛的应用前景。
前 言
本书是光学全息水印技术的专论，是在光学专家庄松林院士的指导下，孙刘杰博士教授团队十余年的研究成果的总结。成果具有技术先进性，具有重要的理论和应用价值，在数字媒体的版权保护、印刷图像的认证和包装防伪等方面有广泛的应用前景。本书对数字水印的研究和应用具有重要的参考价值，也可以作为数字水印技术课程的教材或参考书。内容包括：1、光学全息技术；2、光学全息加密解密技术；3、数字水印技术概论；4、光全息空间域水印技术；5、光全息变换域水印技术；6、彩色图像光全息水印技术；7、三维模型光全息水印技术等。本书从理论、技术和应用等角度全面论述光学全息水印技术，推动光全息水印技术的推广和应用。
数字水印技术是一种保护数字作品版权的技术。数字水印利用人类的听觉、视觉系统的特点，在声音、图像和视频等数字作品中加入一定的信息，使人们很难分辨加水印后的数字作品与原始数字作品的区别，而通过专门的检测方法又能提取所加信息，以此证明原创作者对数字媒体的版权。数字水印技术是一种特殊的信息隐藏技术，用于证明数字作品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者产品相关信息。
光全息数字水印技术是指通过数字全息术生成水印，并嵌入到原始作品中，作为版权保护、真伪鉴别、产品侦测与跟踪等手段的一种水印技术。由于全息术的诸多优点，如部分可以恢复整体、三维显示、强位压缩和抗干扰性能等，光全息水印技术成为研究和应用的热点。
全书共分为六章，章讲述光全息理论与全息加密解密技术，从理论推导和仿真实验分析两个方面，详细分析讨论了加密全息图像的性质，得出加密全息图像具有能够恢复原始信息的能力、强位压缩性能、强抗剪切能力、有一定的抗随机干扰能力、具有抗分析攻击的能力，为加密全息图像的应用提供了强有力的理论依据。第二章全面论述了数字水印与光全息水印技术，从理论分析和仿真实验两个方面，证明了加密全息水印技术可以作为数字作品版权保护的重要手段，具有不可见性、鲁棒性和安全性。其嵌入过程是通过简单的加法规则实现的，可以由数字计算方法和光学方法实现。第三章论述抗几何攻击全息水印技术，在变换域上进行水印嵌入，并结合傅里叶-梅林变换、特征点匹配的矫正算法、SIFT和SSIM变换算法，实现了全息水印的抗几何变换。第四章重点论述了自适应全息水印技术，结合人眼视觉系统的敏感特性，提出了基于DWT变换的图像内容自适应、K-means聚类的图像特征自适应、SIFT算法的图像区域自适应、HVS和Contourlet变换的自适应等自适应全息水印，提高了全息水印质量。第五章讲述基于光全息标识及水印的印刷品防伪技术，重点讲述CMYK颜色空间的变换域全息水印算法，并在印铁包装防伪中得到应用；第六章讲述基于光全息技术的三维模型水印技术，面向三角网格、点云三维模型提出了小波变换的三维模型加密全息盲水印算法、基于离散余弦变换的三维点云模型全息盲水印算法。由于三维模型的获取、加工处理更加复杂，投入的人力、物力和财力更多，凝聚了更多的智力因素，三维模型全息水印技术的研究具有更高的应用价值。
全息水印技术及其应用研究得到了上海市重点学科基金：印刷出版（P0501）和光学工程（T0501）；上海市*重点研究项目：三维模型数字全息水印技术研究（13ZZ111）；上海市宝山区科委项目：数字水印技术在印铁包装防伪中的应用研究（CXY-2012-16）；国家数字版权保护技术重大研发工程项目：光全息水印技术应用研究（GXTC-CZ-1015004/15-3）；国家新闻出版总署数字印刷工程研究中心开放基金项目：印刷品防伪标识技术研究；上海市*085工程项目：印刷光学防伪技术重点实验室等项目的资助。参与全息水印技术研究的人员除著作者外，还有郑继红、张雷洪、李孟涛、徐卓、王子煜、李晨璐、周中原、刘宁宁、秦杨、于海娇、李毓彬、包观笑、商静静等，徐逸、王勇、龚一珉三位研究生在文字编辑和排版等方面做了大量工作，在此表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，书中错误和疏漏在所难免，肯请读者读者批评指正。
著 者
2016年10月
孙刘杰，上海理工大学出版印刷与艺术设计学院，教授，包装印刷研究所所长，具有较丰富的科研和教学实践经验。著有多部专著、教材及论文。
王文举，上海理工大学出版印刷与艺术设计学院，博士、讲师。
第1章光全息理论与全息加密解密技术... 1
1.1光全息理论概述... 1
1.1.1引言... 1
1.1.2 全息术原理... 2
1.1.3 傅里叶变换全息图... 4
1.1.4 菲涅耳全息图... 7
1.2傅里叶全息加密技术... 9
1.2.1双随机相位调制技术... 9
1.2.2加密图像同轴全息技术... 10
1.2.3加密相位同轴全息技术... 18
1.2.4加密傅里叶全息技术... 22
1.3菲涅尔全息加密技术... 26
1.3.1菲涅耳衍射调制加密技术... 26
1.3.2加密同轴菲涅耳全息图像... 29
1.3.3加密菲涅耳衍射离轴全息图像... 34
1.4小结... 35
参考文献... 36
第2章数字水印与光全息水印技术... 37
2.1数字水印技术概述... 37
2.1.1数字水印概念... 37
2.1.2数字水印的基本框架模型... 39
2.1.3数字水印分类... 42
2.2数字水印技术主要性能... 44
2.2.1不可见性... 44
2.2.2安全性（security）... 45
2.2.3鲁棒性（robustness）... 46
2.3光全息水印技术... 46
2.4加密全息水印技术... 48
2.4.1 加密全息水印生成嵌入和提取.... 48
2.4.2 加密全息图像水印盲提取技术.... 50
2.5加密全息水印仿真结果和性能分析... 55
2.5.1加密图像同轴全息水印技术.... 55
2.5.2加密傅里叶全息水印技术.... 60
2.6小结.... 61
参考文献... 61
第3章 抗几何攻击全息水印防伪技术... 62
3.1基于变换域的全息水印算法.... 63
3.1.1基本理论与技术.... 63
3.1.2 水印的嵌入和提取方法... 66
3.1.3 实验结果与分析... 67
3.1.4 小结... 68
3.2基于傅里叶-梅林变换的水印算法... 69
3.2.1 傅里叶-梅林变换... 69
3.2.2 水印的嵌入和提取技术... 72
3.2.3 实验结果与分析... 73
3.2.4 小结... 75
3.3基于特征点匹配的矫正水印算法... 76
3.3.1 基于特征点匹配的矫正方法... 76
3.3.2 水印的嵌入和提取技术... 80
3.3.3 实验结果与分析.... 81
3.3.4 小结.... 84
3.4面向打印扫描的抗旋转全息水印算法.... 84
3.4.1 DCT全息水印.... 84
3.4.2旋转校正.... 86
3.4.3实验结果与分析.... 88
3.4.4小结... 89
3.5抗任意角度旋转的全息水印算法... 90
3.5.1 图像结构相似度SSIM... 90
3.5.2实验结果与分析... 92
3.5.3小结... 95
3.6基于SIFT和SSIM变换的抗旋转全息水印算法... 95
3.6.1 基于SIFT的尺度校正... 96
3.6.2 基于结构相似度（SSIM）的旋转校正... 96
3.6.3实验结果与分析... 98
3.6.4小结... 100
参考文献... 101
第4章自适应全息水印技术... 104
4.1人眼视觉系统的敏感特性分析... 104
4.1.1亮度敏感性... 105
4.1.2频率敏感性... 105
4.1.3边缘和纹理敏感性... 106
4.2基于DWT变换的图像内容自适应水印技术... 106
4.2.1水印嵌入位置和强度计算... 106
4.2.2水印嵌入算法... 109
4.2.3水印提取算法... 110
4.2.4仿真实验与性能分析... 110
4.2.5小结... 117
4.3基于SIFT算法的图像区域自适应水印技术... 118
4.3.1 SIFT算法分析... 118
4.3.2 图像区域自适应的数字全息水印算法... 120
4.3.3小结... 127
4.4基于K-means聚类的图像特征自适应水印技术... 127
4.4.1 K-means图像处理技术... 127
4.4.2基于图像特征区域的全息水印算法... 129
4.4.3小结... 134
4.5基于HVS和Contourlet变换的自适应水印技术... 134
4.5.1 Contourlet变换... 134
4.5.2基于HVS的Contourlet变换域掩盖模型构建... 135
4.5.3水印嵌入算法... 137
4.5.4水印提取算法... 138
4.5.5仿真实验与性能分析... 138
4.5.6小结... 142
参考文献... 143
第5章基于光全息标识及水印的印刷品防伪技术... 144
5.1印刷及印刷防伪技术概述... 144
5.1.1印刷技术... 144
5.1.2印刷防伪技术... 145
5.2加密全息标识印刷和认证技术... 146
5.2.1加密全息标识生成、印制和认证方法... 146
5.2.2加密全息标识防伪技术... 147
5.2.3加密全息防伪标识尺寸和畸变校正问题讨论... 151
5.3加密全息水印印刷和认证技术... 153
5.3.1加密傅里叶全息水印印刷和认证... 153
5.3.2双随机相位加密同轴数字全息水印印刷和认证... 154
5.3.3离轴菲涅耳变换加密面像全息水印印刷和认证... 154
5.4基于CMYK颜色空间的变换域全息水印算法及应用研究... 157
5.4.1基于CMYK颜色空间的变换域全息水印算法理论分析... 157
5.4.2基于CMYK颜色空间变换域全息水印的嵌入与提取算法... 160
5.4.3仿真实验研究... 161
5.4.4基于CMYK颜色空间的变换域全息水印算法在金属防伪包装上的应用 162
5.5数字水印技术在印铁包装防伪中的应用研究... 165
5.5.1印铁包装防伪中的关键技术... 165
5.5.2基于CMYK颜色空间的光全息水印算法解决同步问题的理论分析 166
5.5.3傅里叶-梅林变换具有几何不变性的原理分析... 168
5.5.4印铁包装防伪中水印的嵌入与提取算法... 169
参考文献.... 170
第6章 三维模型水印算法研究... 171
6.1引言... 171
6.2加密光全息的三维模型空域数字水印算法... 174
6.2.1空间域三维网格模型水印的基本框架... 174
6.2.2水印的嵌入与提取算法... 175
6.2.3水印的增强与检测... 178
6.2.4实验结果与分析... 181
6.3小波变换的三维模型加密全息盲水印算法... 186
6.3.1变换域三维网格模型水印的基本框架... 186
6.3.2基于DWT的三维网格模型加密全息盲水印... 187
6.3.3实验结果与分析... 191
6.4基于离散余弦变换的三维点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实验结果... 196
参考文献... 199
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