图像伪装及图像恢复的方法、设备和存储介质技术

本发明专利技术公开了一种图像伪装及图像恢复的方法、设备和存储介质。首先，将灰度图像圆形化并按像素均值增序排列作为编码图像，通过误差扩散将掩体图像转化为半色调图像；其次，通过随机加密映射矩阵对秘密信息加密；最后，遍历掩体图像选取像素值对应编码图像，对隐藏和非隐藏位置，分别将编码图像旋转与秘密信息相关角度和随机角度，进而生成马赛克图像。在提取时，根据密钥以及区间认证策略提取和认证秘密信息。本方法用编码圆形图像的旋转角度来表达秘密信息并始终选取掩体像素相对应的编码图像，因此不会产生任何偏差，也不会导致视觉质量下降。本方法抗攻击能力强，认证精度高，且提取过程完全依赖于密钥，具有较高的安全性。

Methods, devices and storage media of image camouflage and image restoration

The invention discloses a method, device and storage medium for image camouflage and image restoration. Firstly, the gray image is rounded and arranged in increasing order of pixel mean as the encoded image, and the bunker image is transformed into a half tone image by error diffusion; secondly, the secret information is encrypted by random encryption mapping matrix; finally, the pixel value corresponding to the encoded image is selected by traversing the bunker image, and the encoded image is rotated and related to the secret information respectively for the hidden and non hidden positions Angle and random angle are used to generate mosaic image. When extracting, secret information is extracted and authenticated according to key and interval authentication strategy. This method uses the rotation angle of the encoded circular image to express the secret information and always selects the encoded image corresponding to the mask pixel, so it will not produce any deviation, nor cause the visual quality degradation. This method has strong anti attack ability, high authentication accuracy, and the extraction process completely depends on the key, so it has high security.

【技术实现步骤摘要】
图像伪装及图像恢复的方法、设备和存储介质
本专利技术属于图像信息安全和数字图像信号处理交叉领域，涉及一种图像伪装及图像恢复的方法、设备和存储介质。
技术介绍
压缩技术的持续发展以及基于统计学习的隐写分类器维数的不断提升，使得传统修改式信息隐藏可供利用的冗余空间越来越少，同时隐藏的信息也越来越容易被发现。为解决此问题，人们提出了无载体信息隐藏。其中比较典型的方法有①搜索式无载体信息隐藏，例如：ZhouZL,2015(ZhouZL,SunHY,HaritR,etal.Coverlessimagesteganographywithoutembedding[C]//InternationalConferenceonCloudComputingandSecurity.SpringerInternationalPublishing,2015:123-132.)，YuanCS,2017(YuanCS,XiaZH,SunXM.CoverlessimagesteganographybasedonSIFTandBOF[J].JournalofInternetTechnology,2017,18(2):435-442.)，ZhouZL,2017(ZhouZL,WuJQ.M,YangCN,etal.Coverlessimagesteganographyusinghistogramsoforientedgradients-basedhashingalgorithm[J].JournalofInternetTechnology,2017,18(5):1177-1184.)，但该方法涉及大量载体密集传输且单载体嵌密容量极低；②基于纹理合成的无载体信息隐藏，例如：XuJ,2015(XuJ,MaoX,JinX,etal.Hiddenmessageinadeformation-basedtexture[J].VisualComputerInternationalJournalofComputerGraphics,2015,31(12):1653-1669.)，WuKC,2015(WuKC,WangCM,Steganographyusingreversibletexturesynthesis[J].IEEETransactionsonImageProcessing,2015,24(1):130-139.)，QinZC,2017(QinZC,LiM,WuB.Robuststeganographyviapatch-basedtexturesynthesis[C]//InternationalConferenceonInternetMultimediaComputingandService.Springer,Singapore,2017:429-439.)，但该方法只能生成简单质地纹理图像，对秘密信息难以实现有效的掩盖。传统基于马赛克拼图的信息隐藏方法通过拼图的方法来产生有意义图像，例如：LinWL,2004(LinWL,TsaiWH.Datahidinginimagemosaicsbyvisibleboundaryregionsanditscopyrightprotectionapplicationagainstprint-andscanattacks[C].ProceedingofInternationalComputersymposium,Taipei,Taiwan,2004:449-454.)将矩形图像作为编码单元，将其拼接为有意义掩体图像，并通过对编码单元的边界引入随机噪声来改变边界方差以表达秘密信息；LeeYL,2014(LeeYL,TsaiWH.Anewsecureimagetransmissiontechniqueviasecret-fragment-visiblemosaicimagesbynearlyreversiblecolortransformations[J].IEEETransactionsonCircuits&SystemsforVideoTechnology,2014,24(4):695-703.)将密图划分为小块作为字典，通过块标准差建立密图小块到掩体小块之间的一一映射关系，通过对密图小块的线性变换和调整密图小块的放置方向来生成有意义掩体图像。HouD,2016(HouD,ZhangW,YuN.Imagecamouflagebyreversibleimagetransformation[J].JournalofVisualCommunication&ImageRepresentation,2016,40:225-236.)在此基础上，进一步引入均值聚类用于对密图和掩体划分小块进行分类和匹配，然后由密图小块生成有意义含密掩体；刘小凯,2018(刘小凯,姚恒,秦川.基于图像块分类阈值优化的改进可逆图像伪装[J].应用科学学报,2018,36(2):237-246.)对HouD,2016进行了改进，采用优化分类阈值来减小密图和掩体划分小块的均方差，并引入Tangram算法的等距变换来最小化均方差。但以上这些方法：LinWL,2004、LeeYL,2014、HouD,2016和刘小凯,2018都需借助修改式嵌入的方式来隐藏变换参数，例如基于LSB的可逆信息嵌入DinuC,2007(DinuC,Jean-MarcC.Veryfastwatermarkingbyreversiblecontrastmapping[J].IEEESignalProcessingLetters,2007,14(4):255-258.)，难以抵抗密写分析算法的检测。同时LSB嵌入，鲁棒性差，在遭受攻击时，容易导致嵌入的参数彻底丢失。为避免修改式嵌入，同时增强抗攻击能力，邵利平,2018(邵利平,王洋.一种结合块旋转和马赛克的无嵌入伪装方法[P].中国,中华人民共和国知识产权局,专利技术专利,201810449626.9.)提出一种结合块旋转和马赛克拼图的生成式伪装方法，该方法通过在隐藏和非隐藏位置放置与密钥和位置关联或与掩体放置位置相关的圆形图像来对秘密信息进行表达和掩盖，再把产生的误差扩散给周围未处理的像素，进而生成有意义马赛克图像。该方法仅利用编码图像以及转角对秘密信息进行表达和掩盖来构建马赛克图像，在嵌密过程中不涉及对圆形编码图像的任何修改式嵌入，也不涉及大量载体的密集传输，还能生成各种有意义的马赛克图像且能容忍高强度的随机噪声攻击，低质量的JPEG压缩和对随机剪切擦除攻击具有一定的抗攻击容忍能力，并且该方法的提取过程完全依赖于密钥，具有较高的认证精度。但该方法在嵌密位置放置与待隐藏秘密信息相关的圆形图像来对秘密信息进行表达会导致生成的马赛克图像视觉质量较差，而较差的视觉质量也容易导致隐藏的秘密信息发生泄漏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种图像伪装及图像恢复的方法、设备和存储介质。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种图像伪装方法，包括以下步骤：S1：给定分辨率为m0×n0的P0阶灰度掩体图像2值密图通信双方约定的分辨率为(2r-1)×(2r-1)的L个两两不相等的灰度图像S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像伪装方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：给定分辨率为m0×n0的P0阶灰度掩体图像

【技术特征摘要】
1.一种图像伪装方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：给定分辨率为m0×n0的P0阶灰度掩体图像2值密图通信双方约定的分辨率为(2r-1)×(2r-1)的L个两两不相等的灰度图像S2：将所有的灰度图像Hk编码为圆形图像S3：将灰度掩体图像T通过误差扩散预处理转化为L级半色调图像S4：通过预设的密钥k0生成随机转角矩阵通过预设的密钥k1生成个两两不等的m0×n0范围内的随机整数坐标序列，记为其中m∈{1,…,m1·n1}，符号表示向上取整；通过预设的密钥k2生成2维加密映射矩阵其中zi,w∈[0,n-1]且加密映射矩阵Z中任意一行对应的2m个随机值两两不等；通过预设的密钥k3生成遍历顺序序列且遍历顺序序列E中的坐标两两不等；S5：将密图扫描为2值比特序列并以m个比特为一组加密映射得到映射转角序列S6：初始化分辨率为m2×n2的P2阶灰度图像其中m2＝m0·(2r-1)，n2＝n0·(2r-1)；S7：根据遍历顺序序列E确定半色调图像T′中每个像素的遍历顺序，按遍历顺序对L级半色调图像T′中的每个像素t′i,j∈{0,1,…,L-1}从圆形图像中选择对应的编码样本小块通过随机转角矩阵IND和映射转角序列得到编码样本小块的放置转角，根据放置转角将编码样本小块放置在灰度图像M上，直至半色调图像T′中的所有像素处理完毕，将处理完毕的灰度图像M作为嵌密掩体输出完成伪装。2.根据权利要求1所述的图像伪装方法，其特征在于，所述S2的具体方法为：S2-1：通过式(1)将灰度图像Hk转化为半径为r的圆形图像S2-2：将H′k,k＝0,1,…,L-1通过半径r范围内的均值进行增序排列作为编码圆形图像所述S3的具体方法为：S3-1：初始化分辨率为m0×n0的空白图像S3-2：通过式(2)将灰度掩体图像T中的当前未处理元素ti,j转化为t′i,j；其中，符号表示向下取整；S3-3：通过式(3)得到式(2)转化过程中存在的视觉偏差Δi,j；S3-4：按式(4)将Δi,j均分至ti,j周围8邻域内未通过式(2)处理的像素上；其中，NC是ti,j周围8邻域内未按式(2)处理的像素个数，符号“”表示四舍五入取整，表示：当x＜0，当当S3-5：重复S3-2～S3-4直至灰度掩体图像T中元素读取完毕，输出L级半色调图像T′。3.根据权利要求1所述的图像伪装方法，其特征在于，所述S5的具体方法为：S5-1：通过式(5)从比特序列B中依次截取长度为m的2值比特位串若比特序列B中剩余长度不足m，则截取比特序列B中剩余全部比特，然后将B′i转化为[0,2m-1]范围内的10进制数bi′；其中，Cut()为2值序列截取函数，第1个参数为待截取的2值比特序列，第2个参数为截取的开始位置，第3个参数为截取的长度；S5-2：将加密映射矩阵Z中第i行bi′列元素作为b″i，存于映射转角序列中；S5-3：重复S5-1～S5-2直至比特序列B中元素截取完毕，输出映射转角序列B″；所述S7中根据放置转角将编码样本小块放置在灰度图像M上的具体方法是：根据放置转角，将旋转为然后将放置在灰度图像M起始坐标为X＝(2r-1)·i,Y＝(2r-1)·j，大小为(2r-1)×(2r-1)的小块上；其中，根据放置转角，将旋转为的具体方法为：A1：初始化μ＝0；A2：若(i,j)∈P，读取映射转角序列B″中的第μ个元素b″μ，并将b″μ赋值给bcur，μ＝μ+1；A3：若随机生成一个[0,n-1]范围内的10进制数赋值给bcur；A4：从随机转角矩阵IND中读取元素indi,j，通过式(6)计算在灰度图像M中的放置转角α，通过式(7)将逆时针旋转为α＝((indi,j+bcur)modn)·2π/n(6)其中，Rot()为逆时针旋转函数，第1个参数为待旋转的图像，第2个参数为逆时针旋转角度。4.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述方法的步骤。5.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵利平，赵运营，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61