一种基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法，本发明专利技术首先初始化一个抗体集。然后对初始化抗体集进行多轮迭代更新。在每一轮迭代更新中，首先计算抗体对应的实数值，将其作为锐化强度因子生成免疫载体图像。对免疫载体图像嵌入秘密信息得到含密图像，然后计算抗体的适应度。选取抗体集中适应度最高的部分抗体进行克隆与变异操作。根据变异后的抗体对抗体集进行替换更新。删除更新后抗体集中适应度最低的部分抗体并加入随机生成的新抗体，得到下一代抗体集。当迭代终止后，输出最优抗体并利用S‑UNIWARD信息隐藏方法获得最终的含密图像。本发明专利技术方法能够根据图像内容和克隆选择算法自适应优化载体图像，有效提高图像信息隐藏的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法
本专利技术涉及数字图像信息隐藏
，结合免疫载体的图像空域自适应信息隐藏方法，采用克隆选择算法生成免疫载体，将秘密信息嵌入到免疫载体中，能有效提高现有空域信息隐藏方法的安全性。
技术介绍
随着互联网和信息传输技术的快速发展，人们已经能够通过网络进行高效便利的信息传输。然而，政府，企业和个人在信息传输过程中存在的信息泄露等问题使人们逐渐开始关注信息传输的安全性和隐蔽性。在如今的大数据互联网时代，可靠安全的进行信息传输对于国家、政府乃至个人都具有极其重要的意义。提出能够增强信息传输安全性的隐蔽通信技术对提升网络空间安全具有积极的作用。在此背景下，信息隐藏技术作为隐蔽通信的重要组成部分已受到国内外研究人员的广泛关注。信息隐藏技术利用多媒体文件的感知冗余和数据冗余，在不引起感知异常的条件下将秘密信息嵌入到图像、视频、音频等多媒体文件中，然后将携带了秘密信息的媒体文件通过公共信道传输。由于图像在互联网上的广泛传播和使用，以图像为载体的信息隐藏技术成为了研究人员的重点研究对象。根据秘密信息嵌入域的不同，现有图像信息隐藏方法可分为空域信息隐藏方法和变换域信息隐藏方法。在目前公开发表的专利中，有下列专利与本专利技术方法解决类似的问题；名称为“一种自适应秘密信息多基表示的信息隐藏方法”的专利文献(申请号：CN201811240435.8，公开号：CN109413298B)提出一种空域信息隐藏方法。该方法利用图像块的标准差衡量纹理复杂度，然后根据不同图像块的纹理复杂度结合钻石编码嵌入不同大小的秘密信息，该方案的主要局限性在于：(1)将标准差作为图像块的纹理复杂度衡量指标准确性不足；(2)钻石编码的编码效率低于常用的STC(Syndrome-Trelliscodes)编码；文献[1]“孙曦,张卫明,俞能海等.基于空域图像变换参数扰动的隐写术[J].通信学报,2017,38(10):166-174.”中作者利用灰度线性变换和Gamma变换对载体图像进行预处理，然后使用空域隐写算法S-UNIWARD(SpatialUNIversalWAveletRelativeDistortion)在预处理后的载体图像上完成秘密信息嵌入。实验结果表明在参数不匹配的情况下该方案能够提高S-UNIWARD对空域富模型(RichModel)特征的安全性。文献[1]中所述方法仍存在不足之处：(1)利用灰度线性变化和Gamma变换对载体图像进行预处理时采用人为设定的参数，缺乏对不同载体图像内容的自适应性；(2)在参数匹配情况下，该方法不能有效提高算法对隐写分析的安全性。
技术实现思路
针对上述方法中存在的问题，本专利技术以提高现有空域图像信息隐藏安全性为目的，提出一种新的方法。该方法使用抗体对应的锐化强度因子值对原始载体图像进行锐化操作，得到免疫载体图像，并采用S-UNIWARD隐写算法将秘密信息嵌入到免疫载体图像中。通过克隆选择算法对抗体进行迭代优化得到最优抗体，并根据最优抗体对原始载体图像进行锐化得到最优免疫载体图像。最后利用S-UNIWARD隐写算法在最优免疫载体图像上嵌入秘密信息生成含密图像。实现本专利技术的目的的技术方案如下：一种基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法，首先初始化一个抗体集，然后对初始化抗体集进行多轮迭代更新；在每一轮迭代更新中，首先计算抗体对应的锐化强度因子并生成免疫载体图像，对免疫载体图像嵌入秘密信息得到含密图像；然后计算抗体的适应度，选取抗体集中适应度最高的部分抗体进行克隆与变异操作；根据变异后的抗体对抗体集进行替换更新，删除更新后抗体集中适应度最低的部分抗体并加入随机生成的新抗体，得到下一代抗体集；当迭代终止后，输出最优抗体并利用S-UNIWARD信息隐藏方法获得最终的含密图像，包括如下主要步骤：步骤1：读取分辨率为W×H的原始载体图像，要求原始载体图像为空域灰度图像，如BMP或PGM格式存储的灰度图；读取秘密信息文件并转换为二进制序列，记作U；步骤2：初始化抗体集，根据长度L和预先设置的抗体集中抗体的数量N，随机生成N个长度为L的二进制序列作为N个抗体，构成初始化的抗体集，记为G0，长度L的计算方法如公式(1)所示：其中vmin表示抗体预设可以表示的实数的最小值，vmax表示抗体预设可以表示的实数的最大值，μ表示编码精度，表示向上取整操作，其中vmin≥0，vmax＞0，μ＞0；步骤3：对抗体集中的抗体进行多轮迭代更新过程，并根据预设的最大迭代次数判断是否终止迭代。终止迭代后，输出抗体集记Gt表示经过了t次迭代的抗体集合，t∈{0,1,...,tmax}，tmax表示最大迭代次数，G0表示初始化的抗体集，其中tmax＞0；步骤4：计算中所有抗体的适应度，输出中具有最高适应度的抗体，即为最优抗体gopt。根据最优抗体gopt利用公式(2)计算得到锐化强度因子的最优值vopt；步骤5：根据锐化强度因子vopt以及公式(3)-(5)，对原始载体图像进行锐化处理生成最优的免疫载体图像mopt；步骤6：利用S-UNIWARD隐写算法在免疫载体图像mopt上嵌入秘密信息文件的二进制序列U生成最终的含密图像。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提出的空域图像信息隐藏方法能够通过抗体克隆与抗体变异过程对免疫载体图像的具体构成形式进行自适应调节，并结合免疫载体图像对隐写分析检测特征向量的适应度对抗体进行迭代更新，有效提升嵌入秘密信息后含密图像的安全性。2、本方法使用锐化操作进行免疫载体图像的生成。这能够在增强信息隐藏方法安全性的同时有效保障图像质量不会明显降低。通过将抗体对应实数作为锐化强度因子，能够针对不同图像内容调整锐化强度，避免过度锐化导致明显的图像内容失真。因此，在实际应用中针对多样的图像内容具有更强的鲁棒性。附图说明如下图1为本方法的流程图具体实施方式本专利技术的具体实施步骤如下：步骤1：读取分辨率为W×H的原始载体图像，要求原始载体图像为空域灰度图像，如BMP或PGM格式存储的灰度图。读取秘密信息文件并转换为二进制序列，记作U＝[uK,...,uk,...,u1]，K表示秘密信息二进制序列的长度，uk表示二进制序列中第k位的取值，记二进制序列的最右边一位为第1位，k∈{1,2,...,K}并且uk∈{0,1}。此外，要求秘密信息对应的二进制序列长度满足如下条件：0≤K≤W×H。步骤2：初始化抗体集。根据长度L和预先设置的抗体集中抗体的数量N，随机生成N个长度为L的二进制序列作为N个抗体，构成初始化的抗体集，记为G0。综合考虑运算效率及安全性，N的推荐取值为30。长度L的计算方法如公式(1)所示：其中vmin表示抗体预设可以表示的实数的最小值，vmax表示抗体预设可以表示的实数的最大值，μ表示编码精度，表示向上取整操作。推荐取值为：vmin＝0，vmax＝0.7以及μ＝0.01。因此，根据公式(1)，L＝7。...

【技术保护点】
1.一种基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法，首先初始化一个抗体集，然后对初始化抗体集进行多轮迭代更新；在每一轮迭代更新中，首先计算抗体对应的锐化强度因子并生成免疫载体图像，对免疫载体图像嵌入秘密信息得到含密图像；然后计算抗体的适应度，选取抗体集中适应度最高的部分抗体进行克隆与变异操作；根据变异后的抗体对抗体集进行替换更新，删除更新后抗体集中适应度最低的部分抗体并加入随机生成的新抗体，得到下一代抗体集；当迭代终止后，输出最优抗体并利用S-UNIWARD信息隐藏方法获得最终的含密图像，包括如下主要步骤：/n步骤1：读取分辨率为W×H的原始载体图像，要求原始载体图像为空域灰度图像，如BMP或PGM格式存储的灰度图像；读取秘密信息文件并转换为二进制序列，记作U；/n步骤2：初始化抗体集，根据长度L和预先设置的抗体集中抗体的数量N，随机生成N个长度为L的二进制序列作为N个抗体，构成初始化的抗体集，记为G

【技术特征摘要】
1.一种基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法，首先初始化一个抗体集，然后对初始化抗体集进行多轮迭代更新；在每一轮迭代更新中，首先计算抗体对应的锐化强度因子并生成免疫载体图像，对免疫载体图像嵌入秘密信息得到含密图像；然后计算抗体的适应度，选取抗体集中适应度最高的部分抗体进行克隆与变异操作；根据变异后的抗体对抗体集进行替换更新，删除更新后抗体集中适应度最低的部分抗体并加入随机生成的新抗体，得到下一代抗体集；当迭代终止后，输出最优抗体并利用S-UNIWARD信息隐藏方法获得最终的含密图像，包括如下主要步骤：
步骤1：读取分辨率为W×H的原始载体图像，要求原始载体图像为空域灰度图像，如BMP或PGM格式存储的灰度图像；读取秘密信息文件并转换为二进制序列，记作U；
步骤2：初始化抗体集，根据长度L和预先设置的抗体集中抗体的数量N，随机生成N个长度为L的二进制序列作为N个抗体，构成初始化的抗体集，记为G0；长度L的计算方法如公式(1)所示：



其中vmin表示抗体预设可以表示的实数的最小值，vmax表示抗体预设可以表示的实数的最大值，μ表示编码精度，表示向上取整操作，其中vmin≥0，vmax＞0，μ＞0；
步骤3：对抗体集中的抗体进行多轮迭代更新过程，并根据预设的最大迭代次数判断是否终止迭代；终止迭代后，输出抗体集记Gt＝{g1,...,gn,...,gN}表示经过了t次迭代的抗体集合，gn表示抗体集Gt中的第n个抗体，t∈{0,1,...,tmax}，tmax表示最大迭代次数，G0表示初始化的抗体集，其中tmax＞0；
步骤4：计算中所有抗体的适应度，输出中具有最高适应度的抗体，即为最优抗体gopt；根据最优抗体gopt利用公式(2)计算得到锐化强度因子的最优值vopt；
步骤5：根据锐化强度因子vopt对原始载体图像进行锐化处理生成最优的免疫载体图像mopt；
步骤6：利用S-UNIWARD隐写算法在免疫载体图像mopt上嵌入秘密信息文件的二进制序列U生成最终的含密图像。


2.根据权利要求1所述的基于免疫载体的空域灰度图像信息隐藏方法，其特征在于，所述多轮迭代更新过程中，每一轮迭代更新包含如下步骤，记Gt＝{g1,...,gn,...,gN}表示其中经过了t次迭代的抗体集合，不失一般性：
步骤3.1：根据公式(2)计算抗体集Gt中每个抗体gn对应的实数值，构建集合Vt＝{v1,...,vn,...,vN}：



其中n∈{1,2,...,N}，N表示Gt中抗体的数量，vmin表示抗体预设可以表示的实数的最小值，表示Gt中第n个抗体的第l位的取值，记一个二进制序列的最右边一位为第1位，l∈{1,2,...,L}，μ表示编码精度，L表示抗体的二进制序列的长度；
步骤3.2：利用集合Vt中的每一个实数值vn对原始载体图像进行锐化生成免疫载体图像，构建免疫载体图像集合Mt＝{m1,...,mn,...,mN}；对原始载体图像进行锐化生成免疫载体图像的计算方法如公式(3)-(5)所示，令锐化强度因子为vn，其生成的免疫载体图像即mn，具体过程如下所示：
mn(i,j)＝x(i,j)+vnz′(i,j)(3)






其中，i∈{1,2,...,W}，j∈{1,2,...,H}，W和H表示原始载体图像的宽和高，x(i,j)表示原始载体图像中坐标(i,j)处的像素值，mn(i,j)表示免疫...

【专利技术属性】
技术研发人员：何沛松，陈智隆，王宏霞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51