一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法，属于信息安全领域。本发明专利技术包括秘密信息嵌入过程和秘密信息提取过程；秘密信息嵌入过程包括，将秘密信息以二维码的形式存储、对二维码图像用阿诺德变换的方法置乱、对置乱的二维码图像用逻辑混沌映射的方法加密；秘密信息的嵌入是基于四元数并结合提升小波变换和离散余弦变换提出的框架，提取过程是嵌入过程的逆过程。嵌入过程中重要的参数嵌入因子是由正弦余弦算法来确定的，为了更好的平衡鲁棒性和不可见性，提出了一种新的适应度函数值评估函数。本发明专利技术以二维码的形式存储秘密信息，利用二维码的自动纠错能力实现了在保证鲁棒性的前提下能够隐藏更多的信息。证鲁棒性的前提下能够隐藏更多的信息。证鲁棒性的前提下能够隐藏更多的信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法


[0001]本专利技术属于信息安全领域，具体涉及一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法。

技术介绍

[0002]信息隐藏是指将秘密信息隐藏于可公开的媒体信息中，使人们凭直观的视觉和听觉难以察觉其存在的技术。
[0003]根据秘密信息的嵌入方法不同，目前在图像上实现信息隐藏主要分为空间域算法和变换域算法，空间域算法是通过直接修改原始图像的像素值来嵌入秘密信息，常见的空间域算法有最低有效位(LSB)和直方图平移(HS)，空间域算法嵌入容量大、处理简单，但是不可见性和鲁棒性都比较差。变换域算法是将秘密信息隐藏在载体文件的重要位置，常见的算法有离散余弦变换(DCT)、离散傅里叶变换(DFT)和离散小波变换(DWT)。与空间域算法相比，变换域算法的不可见性和鲁棒性比较好，并且有许多学者提出了各种结合算法来优化效果，例如DWT
‑
SVD、DCT
‑
QR等方法。但是图像的鲁棒性、不可见性和大容量不可兼得，为了保证嵌入信息的容量，图像的鲁棒性和不可见性往往会被牺牲。如何平衡两者以及嵌入容量依然有研究空间。
[0004]整数小波变换是Calderbank于1998年提出来的一种完全可逆的变换，是离散小波变换的一种特殊实现方式，通常认为幅值为整数的数字信号经过小波变换后仍能够得到整数变换结果。除了完全可逆以外，整数小波变换还具有计算复杂度低、节省存储空间等优势。由于图像的像素值均为整数，所以这种变换非常适合应用到图像问题上。
[0005]针对彩色图像的信息隐藏大多是在彩色图像的某个通道嵌入秘密信息，但实质还是处理灰度图像的方法，还有一部分方法是基于四元数整体处理，能够更好的保留三个通道间的联系。但是如何达到更好的不可见性及鲁棒性尤其是容量仍然有很大的提升空间。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法，通过在三个通道上结合整数小波变换和离散余弦变换，达到较好的鲁棒性和不可见性，同时将秘密信息以二维码的形式表现，增加了秘密信息的多样性和容量。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法，包括秘密信息嵌入过程和秘密信息提取过程；其中，
[0009]秘密信息嵌入过程的步骤如下：
[0010]步骤1.1、获取原始彩色图像，将彩色图像分成R、G、B三个通道处理；
[0011]步骤1.2、对三个通道分别进行整数小波变换，对图像的行和列都进行一维整数小波变换，得到三个通道的四个频带LL、LH、HL、HH；
[0012]步骤1.3、取三个通道的LL频带做二级整数小波变换；再取三个通道二级整数小波
变换的低频子带LLR2、LLG2、LLB2进行处理；
[0013]步骤1.4、将秘密信息以二维码的形式存储，然后对这个二维码图像用阿诺德变换的方法置乱，最后对置乱的二维码图像用逻辑混沌映射的方法加密，最终得到置乱并加密后的二维码图像W2；
[0014]步骤1.5、以加性嵌入规则将W2嵌入到四元数的实部中，嵌入因子采用智能优化算法来选择；
[0015]步骤1.6、将没有改变的虚部和嵌入秘密信息的实部一起构成四元数矩阵，然后做离散余弦逆变换，得到LLq
’
，从这个矩阵中分理出三个通道的低频子带；
[0016]步骤1.7、对这三个修改过的子带和没有修改过的其他子带分通道做二级整数小波逆变换，得到嵌入秘密信息的图像；
[0017]秘密信息提取过程的步骤如下：
[0018]步骤2.1、对嵌入秘密信息的图像分通道做二级整数小波变换，得到三个通道的二级低频子带LLR2、LLG2、LLB2；
[0019]步骤2.2、将这三个低频子带构成四元数，以四元数矩阵的形式表示并作离散余弦变换，得到的矩阵再以四元数的形式表现出来，此时既有实部又有虚部；
[0020]步骤2.3、按照嵌入方法用的嵌入公式，提取出隐藏在实部的秘密信息；
[0021]步骤2.4、对得到的数据进行逻辑混沌映射解密和阿诺德逆变换，得到二维码图像；
[0022]步骤2.5、对二维码图像进行扫码解码，得到秘密信息。
[0023]进一步地，步骤1.2中，一维整数小波变换的公式如下：
[0024][0025]其中，H(
·
)代表高频信息，L(
·
)代表低频信息，I(
·
)代表原始图像的像素值，n表示像素位置。
[0026]进一步地，步骤1.3中，将三个通道的低频子带以四元数的形式表示，四元数采用复矩阵表示形式，如下：
[0027][0028]其中，(x,y)表示低频子带信息的位置，m和n分别表示四元数矩阵的第m行和第n列。
[0029]进一步地，步骤1.5中，嵌入规则的公式如下：
[0030]S'＝S+α*W
ꢀꢀ
(7)
[0031]其中，W代表秘密信息，S表示实部信息，α表示嵌入因子，S
′
表示修改后的实部信息。
[0032]进一步地，步骤1.5中，利用正弦余弦算法寻找最优嵌入因子，步骤如下：
[0033]步骤1.5.1、初始化基本参数，迭代次数设为100；
[0034]步骤1.5.2、将个体位置x设为嵌入因子α；
[0035]步骤1.5.3、选择攻击类型并设置参数，对得到的图像进行攻击；
[0036]步骤1.5.4、利用以下公式评估整个种群的适应度函数值：
[0037][0038]其中，G、G'分别代表原始图像和嵌入秘密信息之后的图像，Q和Q'分别代表原始二维码图像和经过攻击后提取出来的二维码图像，PSNR表示图像的峰值信噪比；
[0039]步骤1.5.5、根据正弦余弦的位置更新公式(9)更新种群位置，
[0040][0041]其中，t表示迭代次数，r1、r2、r3、r4分别表示范围不同的随机数，P(t)表示当前最优解；
[0042]步骤1.5.6、将其适应度函数值与全局最佳值进行比较，并选择出最优解；
[0043]步骤1.5.7、当达到迭代次数后，终止循环。
[0044]进一步地，步骤1.7中，整数小波逆变换的公式如下：
[0045][0046]本专利技术所带来的有益技术效果：
[0047]秘密信息的处理主要包括三个部分，将秘密信息以二维码的形式存储以实现大容量隐藏的目的，然后对这个二维码图像用阿诺德变换的方法置乱，最后对置乱的二维码图像用逻辑混沌映射的方法加密，增加了图像的安全性；
[0048]嵌入公式采用加性嵌入规则，嵌入强度利用正弦余弦算法来选择，并设计了新的评估函数，从而更好的平衡鲁棒性和不可见性；
[0049]评估函数除了由原始图像和嵌入秘密信息的图像确定，还由秘密信息和经过攻击后提取出来的秘密信息确定，保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法，其特征在于，包括秘密信息嵌入过程和秘密信息提取过程；其中，秘密信息嵌入过程的步骤如下：步骤1.1、获取原始彩色图像，将彩色图像分成R、G、B三个通道处理；步骤1.2、对三个通道分别进行整数小波变换，对图像的行和列都进行一维整数小波变换，得到三个通道的四个频带LL、LH、HL、HH；步骤1.3、取三个通道的LL频带做二级整数小波变换；再取三个通道二级整数小波变换的低频子带LLR2、LLG2、LLB2进行处理；步骤1.4、将秘密信息以二维码的形式存储，然后对这个二维码图像用阿诺德变换的方法置乱，最后对置乱的二维码图像用逻辑混沌映射的方法加密，最终得到置乱并加密后的二维码图像W2；步骤1.5、以加性嵌入规则将W2嵌入到四元数的实部中，嵌入因子采用智能优化算法来选择；步骤1.6、将没有改变的虚部和嵌入秘密信息的实部一起构成四元数矩阵，然后做离散余弦逆变换，得到LLq
’
，从这个矩阵中分理出三个通道的低频子带；步骤1.7、对这三个修改过的子带和没有修改过的其他子带分通道做二级整数小波逆变换，得到嵌入秘密信息的图像；秘密信息提取过程的步骤如下：步骤2.1、对嵌入秘密信息的图像分通道做二级整数小波变换，得到三个通道的二级低频子带LLR2、LLG2、LLB2；步骤2.2、将这三个低频子带构成四元数，以四元数矩阵的形式表示并作离散余弦变换，得到的矩阵再以四元数的形式表现出来，此时既有实部又有虚部；步骤2.3、按照嵌入方法用的嵌入公式，提取出隐藏在实部的秘密信息；步骤2.4、对得到的数据进行逻辑混沌映射解密和阿诺德逆变换，得到二维码图像；步骤2.5、对二维码图像进行扫码解码，得到秘密信息。2.根据权利要求1所述基于四元数的彩色图像大容量信息隐藏方法，其特征在于，所述步骤1.2中，一维整数小波变换的公式如下：其中，H(
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘正祥，朱明慧，朱淑娟，颜斌，杨红梅，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：