图像信息的隐藏方法及装置、解密方法及装置与流程
本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种图像信息的隐藏方法及装置和一种解密方法及装置。
背景技术
在大数据时代，每天都有海量的信息生成，信息安全是一个至关重要的问题。信息隐藏技术可以在传输和储存过程中对电子信息进行保护，防止该电子信息被泄露给非法使用者。图像信息隐藏技术是信息隐藏技术的重要部分。
现有的图像信息隐藏技术，一般通过将需要保护的水印图像压缩并隐藏在另一宿主幅图像中，实现对水印图像的隐藏。这种方法普遍存在会使水印图像的信息丢失，导致由宿主图像中解密得到的水印图像的质量低等问题。
技术实现要素：
本发明公开了一种图像信息的隐藏方法及装置、解密方法及装置，用于提高由宿主图像中解密得到的水印图像的质量。
本发明实施例第一方面提供一种图像信息的隐藏方法，包括：
根据宿主图像的各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，所述宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，宿主图像像素的显著性和其像素强度值的加权计算得到的综合值越大，所述宿主图像像素的容忍信息隐藏容量越大；
根据水印图像和所述宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵计算生成水印图像的多相位数字全息图；
其中，所述多相位数字全息图的各像素与所述宿主图像的各像素根据位置关系一一对应，在所述宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，宿主图像像素的容忍信息隐藏容量越大，所述宿主图像像素所能隐藏的所述水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息越多，生成的所述水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息精度越高；
将所述水印图像的多相位数字全息图的各像素逐像素插入所述宿主图像的对应位置的像素中。
本发明实施例第二方面提供了一种图像信息的隐藏装置，包括：
宿主图像各像素容忍信息隐藏容量计算模块，用于根据宿主图像的各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，所述宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，宿主图像像素的显著性和其像素强度值的加权计算得到的综合值越大，所述宿主图像像素的容忍信息隐藏容量越大；
水印图像多相位数字全息图生成模块，用于根据水印图像和所述宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵计算生成水印图像的多相位数字全息图；
其中，所述多相位数字全息图的各像素与所述宿主图像的各像素根据位置关系一一对应，在所述宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，所述宿主图像各像素的容忍信息隐藏容量越大，所述宿主图像像素所能隐藏的水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息越多，生成的所述水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息精度越高；
水印图像多相位数字全息图插入到宿主图像模块，用于将所述水印图像的多相位数字全息图的各像素逐像素插入所述宿主图像的对应位置的像素中。
本发明实施例第三方面提供一种图像信息的解密方法，包括：
将隐藏有水印图像的宿主图像逐像素与预设的一组阈值比较，得到隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵；
根据所述隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，从所述隐藏有水印图像的宿主图像中提取出水印图像的多相位数字全息图；
对所述水印图像的多相位数字全息图进行傅里叶逆变换得到所述水印图像。本发明第四方面提供一种图像信息的解密装置，包括：
第二比较模块，用于将隐藏有水印图像的宿主图像逐像素与预设的一组阈值比较，得到隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵；
水印图像多相位数字图获取模块，用于根据所述隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，从所述隐藏有水印图像的宿主图像中提取出水印图像的多相位数字全息图；
傅里叶逆变换模块，用于对所述水印图像的多相位数字全息图进行傅里叶逆变换得到所述水印图像。
上述各实施例，在将水印图像隐藏在宿主图像中时，由于根据宿主图像的各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在不同的宿主图像的像素中，隐藏不同信息量和不同信息精度的水印图像的信息，整体提高了宿主图像所能容纳水印图像的信息量，故提高了解密后得到的水印图像的质量。在从隐藏有水印图像的宿主图像中解密，得到水印图像时，由于根据隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在隐藏有水印图像的宿主图像中根据隐藏有水印图像的宿主图像各像素容忍信息隐藏容量逐像素提取出不同量化精度的水印图像信息，整体提高了提取出的水印图像的多相位数字全息图各像素的信息量，故提高了解密后得到的水印图像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的图像信息的隐藏方法的流程图；
图2为本发明第二实施例提供的图像信息的隐藏方法的流程图；
图3为本发明第三实施例提供的图像信息的隐藏装置的结构示意图；
图4为本发明第四实施例提供的图像信息的隐藏装置的结构示意图；
图5为本发明第五实施例提供的图像信息的解密方法的流程图；
图6为本发明第六实施例提供的图像信息的解密方法的流程图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例提供的附图，对本发明实施例提供的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明提供的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的图像信息的隐藏方法的流程图，如图1所示，该图像信息的隐藏方法包括：
步骤101，根据宿主图像的各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵。
步骤102，根据水印图像和宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵计算生成水印图像的多相位数字全息图。
步骤103，将水印图像的多相位数字全息图的各像素逐像素插入宿主图像的对应位置中。
需要说明的是，在步骤101中，宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，像素的显著性和其像素强度值的加权计算得综合值越大，该像素的容忍信息隐藏容量越大。
在步骤102中，多相位数字全息图的各像素与宿主图像的各像素根据位置关系一一对应，在宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，宿主图像各像素的容忍信息隐藏容量越大，宿主图像像素所能隐藏的水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息越多，生成的水印图像多相位数字全息图对应位置像素的信息精度越高。
在本实施例中，由于根据宿主图像的各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在不同的宿主图像的像素中，隐藏不同信息量和不同信息精度的水印图像的信息，整体提高了宿主图像所能容纳水印图像的信息量，故提高了解密后得到的水印图像的质量。
请参阅图2，图2为本发明第二实施例提供的图像信息的隐藏方法的流程图，如图2所示，该图像信息的隐藏方法包括：
步骤201，通过深度学习方法对宿主图像进行显著性提取，得到宿主图像的显著性图。
步骤202，根据加权和公式，将宿主图像的像素强度值与显著性图的像素强度值逐像素加权叠加，得到宿主图像的各像素的综合像素强度值。
步骤203，将宿主图像的各像素的综合像素强度值与预设的一组阈值进行比较，得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵。
步骤204，根据水印图像和宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，通过gerchberg–saxton方法生成水印图像的多相位数字全息图。
步骤205，将水印图像的多相位数字全息图的各像素逐像素插入宿主图像的对应位置中。
其中，在步骤201中，具体通过一个端到端的显著性物体检测深度对比网络对宿主图像进行显著性提取，该网络由两大部分组成，其中一个是多尺度全连接网络，用于根据输入的宿主图像，输出一个像素级的显著图；另一个是超像素空间池化网络，用于产生超像素级别的显著图。最后把该像素级的显著图和超像素级别的显著图融合即可得到宿主图像的显著性图。
在步骤202中，加权和公式为：
c＝w×pcover+(1-w)(225-psaliency)(1)
在该加权和公式中，c为宿主图像的综合像素强度值，w为权重，pcover为所述宿主图像的像素强度值，psaliency为所述宿主图像的显著性图的像素强度值。
需要说明的是，该加权和公式中宿主图像的像素强度和宿主图像的显著性图的像素强度均用灰度表示，225为灰度的最大值，用该灰度的最大值减去宿主图像的显著性图的像素强度，相当于使宿主图像的各像素的综合像素强度值与该像素的显著性呈负相关关系，在像素强度值相同时，像素的显著性越低，则该像素的综合像素强度值越大。
步骤203中，该预设的一组阈值是指在实际应用中根据特定的信噪比计算得到的一组数据。
具体的，该组数据包括n个数据，n≥1。该组数据由小至大依次为：
x1，…，xa，xa+1，…，xn
其中，1≤a＜n，当宿主图像的像素的综合像素强度值大于xa，小于xa+1时，该像素的容忍信息隐藏容量为a。
例如，该预设的阈值为：12、36、80和176，宿主图像的一个像素的综合像素强度值为18，该像素的综合像素强度大于第一个阈值12，小于第二个阈值36，故该像素的容忍信息隐藏容量为2。
步骤204中，通过gerchberg–saxton方法，通过傅里叶变换和傅里叶逆变换，使水印图像在空间域和频域内反复迭代，并分别在空间域和频域内施加已知的约束条件，当迭代的次数等于预设的迭代次数阈值时，停止迭代，最后一次迭代输出的水印图像傅立叶频谱的相位部分，根据宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵经过量化后即为水印图像的多相位数字全息图。
其中，已知的约束条件包括宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在每次迭代的过程中，通过宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵得到各像素的量化级，根据各像素的量化级计算得到水印图像傅立叶频谱的相位图中各像素的相位量化精度，将该水印图像傅立叶频谱的相位图根据各像素的量化精度把模拟相位值转化为数字相位值，模拟相位值是连续变化的相位值，数字相位值是根据量化级阶跃变化的相位值。
例如，水印图像的全息图的像素的相位大小为0.18，宿主图像的与该水印图像的全息图的像素对应的像素的容忍信息隐藏容量为3，且水印图像的全息图的像素的相位分布在[0,π]的空间内。
首先计算该像素的量化级为23，即该像素量化精度为
然后根据该量化精度将空间[0,π]划分为8个子空间：
该水印图像的全息图的像素的相位大小为0.18，属于第一个子空间，故将该像素的相位大小转化为一个三位的二进制数：000。
步骤205中，将水印图像的多相位数字全息图的各像素值插入宿主图像的对应像素中。该相位值以不同位数的二进制数表示，宿主图像像素的容忍信息隐藏容量越大，在该宿主图像的像素中插入的相位值的位数越多，相应的，在该宿主图像中插入的相位值的精度越高。
宿主图像像素的综合像素强度值越大，该像素的容忍信息隐藏容量越大，而像素的综合像素强度值大小与该像素的显著性呈负相关关系，故本实施例提供的图像信息隐藏方法，可以在宿主图像的非显著性区域隐藏更多的水印图像的信息，整体提高了宿主图像所能容纳水印图像的总信息量，即可以提高了解密后得到的水印图像的质量，又保护了宿主图像的显著性区域的图像保真度，提高了水印图像的隐藏效果。
该图像信息的隐藏方法，可以将隐藏图像作为水印图像，隐藏在静态图像和动态视频等多媒体系统中，用于保护多媒体内容的版权和鉴别真伪。
在军事和保密通信等领域，该图像信息的隐藏方法，还可以将被隐藏水印图像转换为多相位数字全息图，进而插入普通宿主图像，秘密传输水印图像信息。
该图像信息的隐藏方法，还可以通过在普通图像背景区域(非显著性区域)中加入更多额外信息，同等条件下，增加信息传输带宽和效率。
在本实施例中，第一方面，由于根据宿主图像各像素强度值大小和显著性按预设比率加权计算得到的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在不同的宿主图像像素中，隐藏了不同量化精度的水印图像多相位数字全息图信息，整体提高了宿主图像所能容纳的隐藏总信息量，故提高了解密后得到的水印图像质量。第二方面，像素的综合像素强度值大小与该像素的显著性呈负相关关系，故本实施例提供的图像信息隐藏方法，可以在宿主图像的非显著性区域隐藏更多的水印图像信息，保护了宿主图像的显著性区域的图像保真度，提高了水印图像的隐藏效果。
请参阅图3，图3为本发明第三实施例提供的图像信息的隐藏装置的结构示意图，该隐藏装置用于执行如图1所示的图像信息的隐藏方法，该图像信息的隐藏装置包括：
宿主图像各像素容忍信息隐藏容量计算模块310，用于根据宿主图像的各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵。
该宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，宿主图像像素的显著性和其像素强度值的加权计算得到的综合值越大，该宿主图像像素的容忍信息隐藏容量越大。
水印图像多相位数字全息图生成模块320，用于根据水印图像和宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵计算生成水印图像的多相位数字全息图。
其中，多相位数字全息图的各像素与宿主图像的各像素根据位置关系一一对应，在宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵中，宿主图像像素的容忍信息隐藏容量越大，该宿主图像像素所能隐藏的水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息越多，生成的水印图像的多相位数字全息图对应位置的像素的信息精度越高。
水印图像多相位数字全息图插入到宿主图像模块330，用于将水印图像的多相位数字全息图的各像素逐像素插入宿主图像的对应位置的像素中。
在本实施例中，由于根据宿主图像各像素强度值和显著性按预设比率加权计算得到的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在不同的宿主图像像素中，隐藏了不同量化精度的水印图像多相位数字全息图信息，整体提高了宿主图像所能容纳隐藏总信息量，故提高了解密后得到的水印图像质量。
请参阅图4，图4为本发明第四实施例提供的图像信息的隐藏装置的结构示意图，该隐藏装置用于执行如图2所示的图像信息的隐藏方法，如图4所示，与图3所示的图像信息的隐藏装置不同的是，在本实施例中：
进一步地，宿主图像各像素容忍信息隐藏容量计算模块310包括：
宿主图像显著性提取模块311，用于通过深度学习方法对宿主图像进行显著性提取，得到宿主图像的显著性图。
宿主图像像素强度值和显著性加权叠加模块312，用于根据加权和公式，将宿主图像的像素强度值与显著性图的像素强度值逐像素加权叠加，得到宿主图像的各像素的综合像素强度值。
其中，加权和公式为：
c＝w×pcover+(1-w)(225-psaliency)(1)
在该加权和公式中，c为宿主图像的综合像素强度值，w为权重，pcover为所述宿主图像的像素强度值，psaliency为所述宿主图像的显著性图的像素强度值。
第一比较模块313，用于将宿主图像的各像素的综合像素强度值与预设的一组阈值比较，得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵。
进一步地，水印图像多相位数字全息图生成模块320，具体用于根据水印图像和宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，通过gerchberg–saxton方法计算生成水印图像多相位数字全息图。
在本实施例中，第一方面，由于根据宿主图像各像素强度值大小和显著性按预设比率加权计算得到的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在不同的宿主图像像素中，隐藏了不同量化精度的水印图像多相位数字全息图信息，整体提高了宿主图像所能容纳隐藏的总信息量，故提高了解密后得到的水印图像质量。第二方面，像素的综合像素强度值大小与该像素的显著性呈负相关关系，故本实施例提供的图像信息隐藏方法，可以在宿主图像的非显著性区域隐藏更多的水印图像信息，保护了宿主图像的显著性区域的图像保真度，提高了水印图像的隐藏效果。
请参阅图5，图5为本发明第五实施例提供的图像信息的解密方法的流程图，图5所示的图像信息的解密方法，用于获取隐藏在宿主图像中的水印图像，该水印图像通过如图2所示的图像信息的隐藏方法，隐藏在宿主图像中，如图5所示，该图像信息的解密方法包括：
步骤501，将隐藏有水印图像的宿主图像逐像素与预设的一组阈值比较，得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵。
步骤502，根据隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，从隐藏有水印图像的宿主图像中提取出水印图像的多相位数字全息图。
步骤503，对水印图像的多相位数字全息图进行傅里叶逆变换得到水印图像。
需要说明的是，在步骤502中，隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵表示在该隐藏有水印图像的宿主图像像素中，需要逐像素提取出水印图像多相位数字全息图所有像素信息。该水印图像多相位数字全息图各像素信息均通过不同量化精度的二进制数隐藏在宿主图像中，根据隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在隐藏有水印图像的宿主图像的各像素中提取出水印图像多相位数字全息图所有像素相位量化值，通过反量化即可得到水印图像多相位数字全息图。
具体的，相位量化值是指以二进制数表示的相位值，反量化是指根据二进制数的位数，计算水印图像多相位数字全息图中对应的像素量化精度，并根据该像素量化精度，将水印图像多相位数字全息图所有像素相位由数字相位值转化为模拟相位值的过程。
例如，水印图像多相位数字全息图中一个像素相位量化值为000，该像素相位量化值为一个三位的二进制数，那么，该像素的量化级为23。
即该像素的量化精度为
000属于第一个子空间
在步骤503中，根据gerchberg–saxton方法的性质，将使用gerchberg–saxton方法把水印图像多相位数字全息图进行傅里叶逆变换即可得到水印图像。
在本实施例中，由于根据隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在隐藏有水印图像的宿主图像中根据隐藏有水印图像的宿主图像各像素容忍信息隐藏容量逐像素提取出不同量化精度的水印图像信息，整体提高了提取出的水印图像的多相位数字全息图各像素的信息量，故提高了解密后得到的水印图像质量。
请参阅图6，图6为本发明第六实施例提供的图像信息的解密装置的结构示意图，该解密装置用于执行如图6所示的图像信息的解密方法，该图像信息的解密装置包括：
第二比较模块610，用于将隐藏有水印图像的宿主图像逐像素与预设的一组阈值比较，得到宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵。
水印图像多相位数字图获取模块620，用于根据隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，从该隐藏有水印图像的多相位数字全息图的宿主图像中提取出水印图像的多相位数字全息图。
傅里叶逆变换模块630，对该水印图像的多相位数字图进行傅里叶逆变换得到水印图像。
在本实施例中，由于根据隐藏有水印图像的宿主图像像素容忍信息隐藏容量矩阵，在隐藏有水印图像的宿主图像中根据隐藏有水印图像的宿主图像各像素容忍信息隐藏容量逐像素提取出不同量化精度的水印图像信息，整体提高了提取出的水印图像的多相位数字全息图各像素的信息量，故提高了解密后得到的水印图像质量。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的图像信息的隐藏方法及装置、解密方法及装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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