[发明专利]基于信息隐藏的图像保护方法

摘要

本发明公开了一种基于信息隐藏的图像保护方法，通过确定图像的平滑区域和纹理区域，针对不同的区域采用不同的数据表示方法确定保护信息。对纹理区域，计算每个纹理块的权重，通过权重确需要进行保护纹理块，将块内所有像素的高ht位作为保护数据。对平滑区域，以平滑块像素的均值作为保护参考数据，采用多备份信息隐藏算法将平滑块数据和保护纹理块的数据作为保护信息隐藏在图像中，实现对图像的保护。若图像被破坏，可提取未被破坏的备份信息恢复图像平滑区域及重要纹理数据，提高图像的保护能力。

主权项

一种基于信息隐藏的图像保护方法，其特征在于，包括具体步骤如下：(1)设图像F的大小为H×W，f(i,j)为图像中(i,j)位置的像素值，其中1≤i≤H，1≤j≤W；定义1：设f(i,j)和f(i1,j1)为图像中两个像素，i和i1为行下标，j和j1为列下标(1≤i≤H，1≤j≤W，1≤i1≤H，1≤j1≤W)，若则称F(i,j,n)为图像中大小为n×n的一个块；对于F(ik,jk,n)和F(it,jt,n)(k≠t)，若：则F(ik,jk,n)和F(it,jt,n)是两个相交的块；定义2：在一个块的集合中，若其中一个块与其他块均不相交，则称该块为独立块；定义3：在一个块的集合中，任一个块至少与该集合中的另一块相交，则称该集合为相交块集合；用V(F(ik,jk,n),F(it,jt,n))表示F(ik,jk,n)和F(it,jt,n)两个块的相交点数，若F(ik,jk,n)和F(it,jt,n)不相交，则V(F(ik,jk,n),F(it,jt,n))＝0；(2)计算图像纹理区域保护信息计算图像边缘，将图像分成大小为8×8的独立块，计算每一图像块的权重，根据权重大小确定纹理块；设F(i,j,8)的均值和方差分别记为ei,j和σi,j，在F(i,j,8)中的边缘点个数为pi,j，令：则称wi,j为F(i,j,8)的权重；权重越大，说明该块内纹理变化较大且边缘点数较多，该块越重要，需要对这些数据进行保护；若wi,j>ε，则F(i,j,8)为纹理块，其中ε为纹理块权重阈值；按上述方法对纹理块的按权重进行排序，在纹理块中依次选取Q个权重值较大的块为保护块，若Q大于所有的权重块数，则选取所有的权重块，对这些块中的信息通过信息隐藏实现保护，并对已选的纹理块进行标记，标记的像素不再参与平滑块计算；由于纹理块中像素值差异较大且包含重要的信息，需要将块内每个像素进行隐藏，因此隐藏的数据量较大；为了减少数据量，保持图像纹理块的视觉效果，将保护中像素的高ht位作为纹理区域的保护数据；(3)计算图像平滑区域保护信息设F(i,j,n)中像素的最大值和最小值分别为Maxf和Minf，若Maxf‑Minf<T，则称该块为平滑块，其中T为阈值；由于平滑块像素之间的差值较小，以平滑块平均值e来代表整个平滑块像素值；将块左上角的行列坐标，平均值以及块大小作为平滑块的保护数据，记为(i,j,e,n)，将i，j分别转化成和位二进制数据，将e转化成8位二进制数据，将n转换成位二进制数据，一个平滑块二进制保护数据如下所示；设一个大小为n平滑块二进制保护数据大小为l1位，则：对于大小为n的平滑块，将平滑块集合分为独立块与相交块集两类，由于平滑区域是由一些不相交块组成集合，因此必须计算相交块中的最大独立块数及独立块集合；设t个独立块集合为A＝{F(i1,j1,n),F(i2,j2,n),...,Fs(it,jt,n)}，g个不同的相交块集合为B1,B2,…Bg。A中的平滑块已经是独立块，无需计算，只需在每个相交块集合中计算出最大的独立块集合，得到大小为n的所有独立平滑块集合；设相交块集合B＝{F(i1,j1,n),F(i2,j2,n),...,F(iM,jM,n)}，其中M为B中平滑块的个数；计算B中最大的独立块数，因此该问题可描述为：s.t.V(F(il,jl,n),F(it,jt,n))＝0xk∈{0,1},xl＝xt＝1；l,k,t∈{1,2,...,Ms}且l≠txk＝0表示不选取F(ik,jk,n)作为独立块，xk＝1表示选取F(ik,jk,n)为独立块；用回溯法求出B中最大的独立块数和独立块集合；用上面方法计算B1,B2,…Bg中的独立块集合，设Bs中最大独立块集合为图像中的所有大小为n独立平滑块集合为B_a，则：B_a＝A∪B′1B'2,...,B'g由上可知平滑块所需隐藏的数据量小，且不论块大还是块小所需保存的保护数据量相同，因此在计算平滑块时其面积越大越好；采用从大到小的方式计算平滑块，首先计算块的大小为n1时的独立平滑块，其中n1为最大块的宽度，对得到的独立平滑块进行标记，然后在未标记的图像区域中，每次块的大小减2，计算独立的平滑块，直到块的大小为8时结束，这样可得到所有的平滑块；设图像所有最大独立平滑块数为Q1，c1为平滑区域的隐藏容量，则：c1＝l1×Q1根据以上方法可以确定图像平滑区域保护数据的容量c1；(4)基于信息隐藏的图像保护为了提高图像的保护能力，应用多备份信息隐藏方法对保护数据进行隐藏，将图像平滑区域的保护数据、重要纹理区域保护数据两个部分作为图像保护数据进行隐藏；由于每个平滑块保护数据由块左上角坐标、均值及块大小组成，数据量较小，而纹理块需要隐藏每个像素高ht位，每个块所需的隐藏容量为l2＝64ht，数据量较大；根据图像隐藏容量及平滑块数据量确定可隐藏纹理块数，选择重要纹理块进行隐藏，实现对图像的保护；如果图像被剪切、噪声攻击，对被破坏图像进行恢复，实现对图像的保护。