臺灣博碩士論文加值系統

摘要
QR code(快速響應矩陣碼)是由日本公司 Denso Wave所發明的二維的矩陣條碼，人們廣泛的利用智慧型手機去讀取QR code中的網址、文字資料或影像等。而可逆式資料隱藏(Reversible Data Hiding)是資訊隱藏的一個派系，其主要的目的在於媒體被嵌入秘密資訊，並取出隱藏的資訊後，媒體可以完整的還原成尚未被嵌入的狀態。在現今浮水印的技術中，可逆式資訊隱藏結合QR code為一種新發展的應用，主要在原始影像中插入QR code。掃描完QR code之後，將QR code至影像中移除，再使用資訊隱藏的技術得到原始影像。如何降低嵌入的資訊量及減少影像的失真為主要努力的重點。
本論文為基於彩色影像之可逆式資訊隱藏在快速響應矩陣碼的應用，提出依據QR code在對應的彩色影像中，使用像素的改變，產生可識別的浮水印。這個方法於人眼可識別的，接下來其他的資訊利用資訊隱藏技術藏入。最後在還原影像之後，仍然可以保有不失真，與原始影像相同。

Abstract
The Quick Response code (the QR code) is a two-dimensional matrix barcode which was invented by Denso Wave Japanese corporation. People utilize the smart phone to obtain information such as the URL, the text data, the image from the QR code. Reversible data hiding is a branch of steganography. The main characteristic of reversible data hiding is that the media (e.g., the pictures or the images) can be recovered to initial state after information is taken out. Reversible data hiding for QR code is a newly developed application in watermarking researches. In this issue, the presented method is to insert the QR code into the original image. After scanning the image containing the QR code, the QR code can be removed and the original image can be recovered by reversible data hiding. There are two key points in designing a reversible data hiding for QR code scheme: the lower hiding information and the reduced image distortion.
This paper proposes a reversible data hiding in color image for QR code applications. The proposed method enables to embed the QR code into the color image to produce visible watermark. First, the embedding approaches are based on the changing pixels. After the embedding process, it is visible to human. Some information is embedded by using reversible data hiding. It can be extracted watermark and recovered the original image completely.

目錄
致謝 I
摘要 II
Abstract III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究背景 2
1.3 數位影像 5
1.4 可逆式資訊隱藏技術 7
1.5 QR code技術介紹 10
1.5.1 前言 10
1.5.2 特性介紹 11
1.6 論文提要 15
第二章 可逆式資訊隱藏在快速響應矩陣碼的應用相關研究 16
2.1 前言 16
2.2 Ni學者等人提出的隱藏法 19
2.2.1 嵌入方法 19
2.2.2 解碼與還原影像 23
2.3 Alattar學者提出的隱藏法 24
2.4 Yang, Tsai學者提出的隱藏法 29
2.5 Huang學者等人提出的方法 34
2.5.1 可逆式資訊隱藏結合QR code介紹 34
2.5.2 Huang嵌入方法 36
2.6 Hsu學者等人提出的方法 38
第三章 基於彩色影像之可逆式資訊隱藏在快速響應矩陣碼的應用 45
3.1 前言 45
3.2 嵌入流程 45
3.3 提取的過程與影像的還原 50
第四章 模擬分析與討論 54
4.1 前言 54
4.2 模擬用的QR code 54
4.3 所提方法的特徵於不同的QR code的選擇 55
4.4 實驗結果與比較 95
4.4.1 與Huang學者等人的方法比較 96
4.4.2 與Hsu學者等人的方法比較 100
第五章 結論 101
參考文獻 102
附錄 108
附錄一(JBIG壓縮程式) 108
附錄二(QR code程式) 110

表目錄
表2.1: 位置圖分類情況[25] 28
表4.1: QR code影像分類表格 55
表4.2: 測試影像嵌入尺寸 78×78 QR code後的統計表 56
表4.3: 測試影像嵌入尺寸 107×107 QR code後的統計表 57
表4.4: 測試影像嵌入尺寸 136×136 QR code後的統計表 58
表4.5: 與Huang學者等人的方法比較表 96
表4.6: 與Hsu學者等人的方法比較表 100

圖目錄
圖1.1: 資訊隱藏分類圖 4
圖1.2: 二元影像 6
圖1.3: 灰階影像 6
圖1.4: 彩色影像 7
圖1.5: 嵌入模型 8
圖1.6: 取出模型 8
圖1.7: QR code符號(symbol)的結構組成[23] 13
圖1.8: Data and Error Correction Codewords分佈[23] 15
圖2.1: 二進制表示灰階像素 16
圖2.2: 初始影像與直方圖 19
圖2.3: 直方圖的峰值與零點 20
圖2.4: 位移後的影像與直方圖 21
圖2.5: 嵌入完成後的影像與直方圖 22
圖2.6: 直方圖隱藏法的嵌入流程 22
圖2.7: Lena圖像素分布直方圖 23
圖2.8: 向量(vector)區分方法 25
圖2.9: 擴展向量 (Expandable vectors)的例子 26
圖2.10: 改變向量 (Changeable vectors)的例子 27
圖2.11: 相鄰像素分布關係 30
圖2.12: 棋盤式(Chessboard)預測， Half plane的分類 30
圖2.13: 以Half plane 1預測Half plane 0 31
圖2.14: 交錯式預測方法 33
圖2.15: 移除QR code後比較圖 35
圖2.16: 資訊隱藏結合QR code的優點 36
圖2.17: Hunag嵌入方法的流程圖 38
圖2.18: Hsu嵌入方法的流程圖 41
圖2.19: 在Q(i,j) = 0的像素改變情形 41
圖2.20: 在Q(i,j) = 1的像素改變情形 42
圖2.21: 在Q(i,j) = 0的像素還原情形 43
圖2.22: 在Q(i,j) = 1的像素還原情形 44
圖3.1: 在Q(i,j) = 0的像素改變情形 48
圖3.1: 在Q(i, j) = 1的像素改變情形 49
圖3.3: 在Q(i,j) = 0的像素還原情形 52
圖3.3: 在Q(i,j) = 1的像素還原情形 53
圖4.1: QR code實體圖 55
圖4.2: Lena圖片測試. 59
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(i)，PSNR：28.67dB. 59
圖4.3: Lena嵌入QR code(i)實體圖 59
圖4.4: Lena圖片測試. 60
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(ii)，PSNR：28.79dB. 60
圖4.5: Lena嵌入QR code(ii)實體圖 60
圖4.6: Baboon圖片測試. 61
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(i)，PSNR：28.00dB. 61
圖4.7: Baboon嵌入QR code(i)實體圖 61
圖4.8: Baboon圖片測試. 62
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(ii)，PSNR：28.09dB. 62
圖4.9: Baboon嵌入QR code(ii)實體圖 62
圖4.10: House圖片測試. 63
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(i)，PSNR：24.32 dB. 63
圖4.12: House嵌入QR code(i)實體圖 63
圖4.12: House圖片測試. 64
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(ii)，PSNR：24.40 dB. 64
圖4.13: House嵌入QR code(ii)實體圖 64
圖4.14: F16圖片測試. 65
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(i)，PSNR：25.51 dB 65
圖4.15: F16嵌入QR code(i)實體圖 65
圖4.16: F16圖片測試. 66
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(ii)，PSNR：25.56 dB. 66
圖4.17: F16嵌入QR code(ii)實體圖 66
圖4.18: Tiffany圖片測試. 67
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(i)，PSNR：22.61 dB. 67
圖4.19: Tiffany嵌入QR code(i)實體圖 67
圖4.20: Tiffany圖片測試. 68
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(ii)，PSNR：22.68 dB. 68
圖4.21: Tiffany嵌入QR code(ii)實體圖 68
圖4.22: Splash圖片測試. 69
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(i)，PSNR：28.30 dB. 69
圖4.23: Splash嵌入QR code(i)實體圖 69
圖4.24: Splash圖片測試. 70
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(ii)，PSNR：28.31 dB. 70
圖4.25: Splash嵌入QR code(ii)實體圖 70
圖4.26: Lena圖片測試. 71
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iii)，PSNR：23.57dB. 71
圖4.27: Lena嵌入QR code(iii)實體圖 71
圖4.28: Lena圖片測試. 72
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iv)，PSNR：23.75dB. 72
圖4.29: Lena嵌入QR code(iv)實體圖 72
圖4.30: Baboon圖片測試. 73
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iii)，PSNR：24.06dB. 73
圖4.31: Baboon嵌入QR code(iii)實體圖 73
圖4.32: Baboon圖片測試. 74
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iv)，PSNR：24.16dB. 74
圖4.33: Baboon嵌入QR code(iv)實體圖 74
圖4.34: House圖片測試. 75
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iii)，PSNR：20.80 dB. 75
圖4.35: House嵌入QR code(iii)實體圖 75
圖4.36: House圖片測試. 76
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iv)，PSNR：20.90 dB. 76
圖4.37: House嵌入QR code(iv)實體圖 76
圖4.38: F16圖片測試. 77
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iii)，PSNR：21.36 dB. 77
圖4.39: F16嵌入QR code(iii)實體圖 77
圖4.40: F16圖片測試. 78
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iv)，PSNR：21.51 dB. 78
圖4.41: F16嵌入QR code(iv)實體圖 78
圖4.42: Tiffany圖片測試. 79
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iii)，PSNR：19.45 dB. 79
圖4.43: Tiffany嵌入QR code(iii)實體圖 79
圖4.44: Tiffany圖片測試. 80
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iv)，PSNR：19.53 dB. 80
圖4.45: Tiffany嵌入QR code(iv)實體圖 80
圖4.46: Splash圖片測試. 81
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iii)，PSNR：25.12 dB 81
圖4.47 : Splash嵌入QR code(iii)實體圖 81
圖4.48: Splash圖片測試. 82
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(iv)，PSNR：25.04 dB. 82
圖4.49: Splash嵌入QR code(iv)實體圖 82
圖4.50: Lena圖片測試. 83
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：21.07dB. 83
圖4.51: Lena嵌入QR code(v)實體圖 83
圖4.52: Lena圖片測試. 84
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(vi)，PSNR：21.17dB. 84
圖4.53: Lena嵌入QR code(vi)實體圖 84
圖4.54: Baboon圖片測試. 85
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：21.13dB. 85
圖4.55: Baboon嵌入QR code(v)實體圖 85
圖4.56: Baboon圖片測試. 86
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(vi)，PSNR：21.27 dB. 86
圖4.57: Baboon嵌入QR code(vi)實體圖 86
圖4.58: House圖片測試. 87
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：19.06 dB. 87
圖4.59: House嵌入QR code(v)實體圖 87
圖4.60: House圖片測試. 88
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：19.11 dB. 88
圖4.61: House嵌入QR code(vi)實體圖 88
圖4.62: F16圖片測試. 89
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：19.05 dB. 89
圖4.63: F16嵌入QR code(v)實體圖 89
圖4.64: F16圖片測試. 90
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(vi)，PSNR：19.16 dB. 90
圖4.65: F16嵌入QR code(vi)實體圖 90
圖4.66: Tiffany圖片測試. 91
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：16.89 dB. 91
圖4.67: Tiffany嵌入QR code(v)實體圖 91
圖4.68: Tiffany圖片測試. 92
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(vi)，PSNR：16.89 dB. 92
圖4.69 : Tiffany嵌入QR code(vi)實體圖 92
圖4.70: Splash圖片測試. 93
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(v)，PSNR：22.55 dB. 93
圖4.71: Splash嵌入QR code(v)實體圖 93
圖4.72: Splash圖片測試. 94
(a) 原始影像. (b) 偽裝影像，QR code(vi)，PSNR：22.40 dB. 94
圖4.73 : Splash嵌入QR code(vi)實體圖 94
圖4.74: 測試圖片 95
圖4.75: Lena圖片測試. 97
(a) Huang scheme (b) Proposed scheme 97
圖4.76: Baboon 圖片測試. 97
(a) Huang scheme (b) Proposed scheme 97
圖4.76: House圖片測試. 98
(a) Huang scheme (b) Proposed scheme 98
圖4.77: F16圖片測試. 98
(a) Huang scheme (b) Proposed scheme 98
圖4.78: Tiffany 圖片測試. 99
(a) Huang scheme (b) Proposed scheme 99
圖4.79: Splash圖片測試. 99
(a) Huang scheme (b) Proposed scheme 99

參考文獻
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