一种图像无损变换方法技术

本发明专利技术提供一种图像无损变换方法，包括：根据秘密图与目标图的4×4块标准差，将秘密块和目标块分别聚成L类，并保证每个秘密类与目标类的容量相等；将每个秘密类中的秘密块按顺序平移到对应的目标类中的目标块得到载密块；将载密块在最优方向旋转；记录并消除载密图中的冗余像素值，然后嵌入附加信息；恢复秘密图时，首先提取出载密图中嵌入的附加信息，恢复出嵌入附加信息之前的载密图，将冗余像素值添加到载密图中；根据载密图的4×4块标准差将载密块分成L类；根据标记的秘密类信息找到对应的载密块，将载密块反方向旋转，从载密块中恢复出秘密块。本发明专利技术能够将秘密图从载密图中完整恢复，并且具有适合大图像的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息隐藏和图像加密
，具体是一种图像无损变换方法。
技术介绍
随着云计算和移动社交网络的发展，图片外包存储和分享越来越普遍，但如何保护图片内容隐私也成为日益被关注的问题。解决图片隐私保护问题可以使用加密技术，但是加密技术本身就暴露了图片的隐蔽性，使攻击者知道加密文件是一份重要的秘密文件。采用信息隐藏技术既可以保护图片内容又提供隐蔽性。传统的可逆隐藏技术适合将少量的信息嵌入到一个大的载体之中，图像变换可以看作一种大容量的信息隐藏技术，可以将要保护的秘密图像向一幅不相关的目标图像做变换，得到载密图像，要求载密图像与目标图像尽可能相似，从而提供了隐蔽性。另外，恢复秘密图像所需的附加信息加密后再嵌入到载密图像中，可增强安全性，无密钥的第三方无法从载密图像中重构秘密图像。I-JenLai等人提出的图像变换技术是寻找目标图像与秘密图像的相似图像块，然后用秘密图像块代替目标图像块，这样实现了载密图像与秘密图像的相似，秘密图像块可以从载密图像块中恢复，实现了秘密图像的隐蔽存储，但是这种变换不但使载密图像的伪装效果不好而且计算复杂度很高。Ya-LinLee等人提出了新的图像变换技术，通过秘密图像块与对应目标图像块之间的像素变换，载密图像块与对应的目标图像块有着相同的均值和标准差，得到的载密图像伪装效果大大提高，而且计算的复杂度也大大降低，从而加大了图像变换技术的实际应用，但是在Lee的方法中，秘密图像的恢复是有损的。而且上述方法都不适合大图像，因为大图像将被划分为更多的小块，每个图像块就需要更多的位置脚标信息标注，更多的附加信息嵌入到载密图像中，将使得载密图像伪装效果变差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种图像无损变换方法，克服Lee等人无法完整恢复秘密图像以及不适合大图像的缺点，提供一种适合大图像的无损变换技术，即从载密图像中可以无损重构秘密图像。本专利技术的技术方案为：一种图像无损变换方法，该方法包括：(1)秘密图像的隐藏步骤，包括：(11)按照颜色分量将秘密图像划分为N个不重叠的4×4秘密图像块，将对应的目标图像划分为N个不重叠的4×4目标图像块；(12)计算每个秘密图像块的标准差，根据标准差对秘密图像块进行聚类分析，将秘密图像块划分为L类；(13)计算每个目标图像块的标准差，根据标准差以及秘密图像块的类容量，将目标图像块划分为L类；(14)按照光栅扫描顺序依次扫描秘密图像块和目标图像块，判断待隐藏的当前秘密图像块的类信息即当前秘密图像块所属的类以及该类截至当前出现的次数，找出与当前秘密图像块具有相同类信息的对应目标图像块，采用以下公式计算当前秘密图像块与对应目标图像块的均值差：Δu＝round(u′-u)其中，Δu表示当前秘密图像块与对应目标图像块的均值差，u表示当前秘密图像块的均值，u′表示对应目标图像块的均值，round表示取最接近整数；(15)采用以下公式将当前秘密图像块平移变换到对应目标图像块，得到对应载密图像块：Tmk＝Tsk+Δu其中，Tsk表示当前秘密图像块中每个像素的像素值，Tmk表示对应载密图像块中每个像素的像素值；(16)将对应载密图像块沿最优方向旋转，并将最优方向信息作为旋转方向信息进行记录；(17)重复上述步骤(14)～(16)，完成所有秘密图像块的隐藏，得到载密图像；(18)消除并记录所述载密图像中溢出的冗余像素值信息，并将所有附加信息嵌入消除冗余后的载密图像中，所述附加信息包括每个秘密图像块的类信息、每个秘密图像块与其对应目标图像块的均值差信息、每个秘密图像块平移变换后得到的对应载密图像块的旋转方向信息以及载密图像的冗余像素值信息；(2)秘密图像的恢复步骤，包括：(21)将附加信息从载密图像中提取出来，读取附加信息；(22)将读取的冗余像素值信息添加到载密图像中；(23)按照颜色分量将添加冗余后的载密图像划分为N个不重叠的4×4载密图像块；(24)采用步骤(12)中将秘密图像块划分为L类的方法，将载密图像块划分为L类；(25)根据读取的类信息，找出与待恢复的当前秘密图像块具有相同类信息的对应载密图像块；(26)根据读取的旋转方向信息，将对应载密图像块反向旋转；(27)根据读取的均值差信息，采用以下公式恢复得到当前秘密图像块：Tsk＝Tmk-Δu(28)重复上述步骤(25)～(27)，完成所有秘密图像块的恢复，得到秘密图像。所述的图像无损变换方法，所述步骤(12)中，根据标准差对秘密图像块进行聚类分析，将秘密图像块划分为L类，具体包括：a、采用统计学中的百分位数法，将秘密图像块的标准差从小到大排列，用Nα表示处于α％位置的值；b、按照标准差的排序将秘密图像块划分为32类，其中，将标准差属于[N0，N50]的秘密图像块平均分为2类，将标准差属于(N50，N93.75]的秘密图像块平均分为6类，将标准差属于(N93.75，N100]的秘密图像块平均分为24类。所述的图像无损变换方法，所述步骤(15)还包括：当对应载密图像块中的像素值出现高于255的溢出时，采用以下公式对Δu进行溢出调整：Δu1=Δu+255-Ovmax,if(Ovmax-255)<TΔu-T,if(Ovmax-255)≥T]]>当对应载密图像块中的像素值出现低于0的溢出的时候，采用以下公式对Δu进行溢出调整：Δu1=Δu+0-Unmin,if(0-Unmin)<TΔu+T,if(0-Unmin)≥T]]>其中，Ovmax表示对应载密图像块中高于255的像素值中的最大值，Unmin表示对应载密图像块中低于0的像素值中的最小值，T表示门限，Δu1表示溢出调整后的均值差；采用溢出调整后的均值差Δu1重新计算对应载密图像块中每个像素的像素值。所述的图像无损变换方法，所述步骤(15)还包括：采用以下公式对Δu进行量化调整：Δu2=8×round(Δu/8),ifΔu≥08×floor(Δu/8)+4,ifΔu<0]]>其中，Δu2表示量化调整后的均值差，rou本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像无损变换方法，其特征在于，该方法包括：(1)秘密图像的隐藏步骤，包括：(11)按照颜色分量将秘密图像划分为N个不重叠的4×4秘密图像块，将对应的目标图像划分为N个不重叠的4×4目标图像块；(12)计算每个秘密图像块的标准差，根据标准差对秘密图像块进行聚类分析，将秘密图像块划分为L类；(13)计算每个目标图像块的标准差，根据标准差以及秘密图像块的类容量，将目标图像块划分为L类；(14)按照光栅扫描顺序依次扫描秘密图像块和目标图像块，判断待隐藏的当前秘密图像块的类信息即当前秘密图像块所属的类以及该类截至当前出现的次数，找出与当前秘密图像块具有相同类信息的对应目标图像块，采用以下公式计算当前秘密图像块与对应目标图像块的均值差：Δu＝round(u′‑u)其中，Δu表示当前秘密图像块与对应目标图像块的均值差，u表示当前秘密图像块的均值，u′表示对应目标图像块的均值，round表示取最接近整数；(15)采用以下公式将当前秘密图像块平移变换到对应目标图像块，得到对应载密图像块：Tmk＝Tsk+Δu其中，Tsk表示当前秘密图像块中每个像素的像素值，Tmk表示对应载密图像块中每个像素的像素值；(16)将对应载密图像块沿最优方向旋转，并将最优方向信息作为旋转方向信息进行记录；(17)重复上述步骤(14)～(16)，完成所有秘密图像块的隐藏，得到载密图像；(18)消除并记录所述载密图像中溢出的冗余像素值信息，并将所有附加信息嵌入消除冗余后的载密图像中，所述附加信息包括每个秘密图像块的类信息、每个秘密图像块与其对应目标图像块的均值差信息、每个秘密图像块平移变换后得到的对应载密图像块的旋转方向信息以及载密图像的冗余像素值信息；(2)秘密图像的恢复步骤，包括：(21)将附加信息从载密图像中提取出来，读取附加信息；(22)将读取的冗余像素值信息添加到载密图像中；(23)按照颜色分量将添加冗余后的载密图像划分为N个不重叠的4×4载密图像块；(24)采用步骤(12)中将秘密图像块划分为L类的方法，将载密图像块划分为L类；(25)根据读取的类信息，找出与待恢复的当前秘密图像块具有相同类信息的对应载密图像块；(26)根据读取的旋转方向信息，将对应载密图像块反向旋转；(27)根据读取的均值差信息，采用以下公式恢复得到当前秘密图像块：Tsk＝Tmk‑Δu(28)重复上述步骤(25)～(27)，完成所有秘密图像块的恢复，得到秘密图像。...

【技术特征摘要】
1.一种图像无损变换方法，其特征在于，该方法包括：
(1)秘密图像的隐藏步骤，包括：
(11)按照颜色分量将秘密图像划分为N个不重叠的4×4秘密图
像块，将对应的目标图像划分为N个不重叠的4×4目标图像块；
(12)计算每个秘密图像块的标准差，根据标准差对秘密图像块
进行聚类分析，将秘密图像块划分为L类；
(13)计算每个目标图像块的标准差，根据标准差以及秘密图像
块的类容量，将目标图像块划分为L类；
(14)按照光栅扫描顺序依次扫描秘密图像块和目标图像块，判
断待隐藏的当前秘密图像块的类信息即当前秘密图像块所属的类以
及该类截至当前出现的次数，找出与当前秘密图像块具有相同类信息
的对应目标图像块，采用以下公式计算当前秘密图像块与对应目标图
像块的均值差：
Δu＝round(u′-u)
其中，Δu表示当前秘密图像块与对应目标图像块的均值差，u表示当
前秘密图像块的均值，u′表示对应目标图像块的均值，round表示取
最接近整数；
(15)采用以下公式将当前秘密图像块平移变换到对应目标图像
块，得到对应载密图像块：
Tmk＝Tsk+Δu
其中，Tsk表示当前秘密图像块中每个像素的像素值，Tmk表示对应
载密图像块中每个像素的像素值；
(16)将对应载密图像块沿最优方向旋转，并将最优方向信息作
为旋转方向信息进行记录；
(17)重复上述步骤(14)～(16)，完成所有秘密图像块的隐
藏，得到载密图像；
(18)消除并记录所述载密图像中溢出的冗余像素值信息，并将
所有附加信息嵌入消除冗余后的载密图像中，所述附加信息包括每个
秘密图像块的类信息、每个秘密图像块与其对应目标图像块的均值差
信息、每个秘密图像块平移变换后得到的对应载密图像块的旋转方向
信息以及载密图像的冗余像素值信息；
(2)秘密图像的恢复步骤，包括：
(21)将附加信息从载密图像中提取出来，读取附加信息；
(22)将读取的冗余像素值信息添加到载密图像中；
(23)按照颜色分量将添加冗余后的载密图像划分为N个不重叠
的4×4载密图像块；
(24)采用步骤(12)中将秘密图像块划分为L类的方法，将载
密图像块划分为L类；
(25)根据读取的类信息，找出与待恢复的当前秘密图像块具有
相同类信息的对应载密图像块；
(26)根据读取的旋转方向信息，将对应载密图像块反向旋转；
(27)根据读取的均值差信息，采用以下公式恢复得到当前秘密
图像块：
Tsk＝Tmk-Δu
(28)重复上述步骤(25)～(27)，完成所有秘密图像块的恢
复，得到秘密图像。
2.根据权利要求1所述的图像无损变换方法，其特征在于，所
述步骤(12)中，根据标准差对秘密图像块进行聚类分析，将秘密图
像块划分为L类，具体包括：
a、采用统计学中的百分位数法，将秘密图像块的标准差从小到
大排列，用Nα表示处于α％位置的值；
b、按照标准差的排序将秘密图像块划分为32类，其中，将标准
差属于[N0，N50]的秘密图像块平均分为2类，将标准差属于
(N50，N93.75]的秘密图像块平...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫明，田辉，郭玉刚，侯冬冬，王辉，
申请(专利权)人：合肥高维数据技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34