一种图像无损变换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息隐藏和图像加密技术领域，具体是一种图像无损变换方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] I-Jen Lai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-Lin Lee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。
【发明内容】
[0005] 本发明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。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] -种图像无损变换方法，该方法包括：
[0008] (1)秘密图像的隐藏步骤，包括：
[0009] (11)按照颜色分量将秘密图像划分为N个不重叠的4X4秘密图像块，将对应的目 标图像划分为N个不重叠的4X4目标图像块；
[0010] (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；
[0011] (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；
[0012] (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：
[0013] Au = round (u' -u)
[0014] 其中，Au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；
[0015] (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：
[0016] Tmk= Ts k+ Δ u
[0017] 其中，Ts1^示当前秘密图像块中每个像素的像素值，Tm1^示对应载密图像块中 每个像素的像素值；
[0018] (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；
[0019] (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；
[0020] (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；
[0021] (2)秘密图像的恢复步骤，包括：
[0022] (21)将附加信息从载密图像中提取出来，读取附加信息；
[0023] (22)将读取的冗余像素值信息添加到载密图像中；
[0024] (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4X4载密图像 块；
[0025] (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；
[0026] (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；
[0027] (26)根据读取的旋转方向信息，将对应载密图像块反向旋转；
[0028] (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：
[0029] Tsk=Tmk-Au
[0030] (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。
[0031] 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：
[0032] 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Na表示 处于a %位置的值；
[0033] 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[N。，N5。]的 秘密图像块平均分为2类，将标准差属于（NM，N93.75]的秘密图像块平均分为6类，将标准差 属于（N93.75, N1J的秘密图像块平均分为24类。
[0034] 所述的图像无损变换方法，所述步骤（15)还包括：
[0035] 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Au进行 溢出调整：
[0037] 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Au进 行溢出调整：
[0039] 其中，Ovniax表示对应载密图像块中高于255的像素值中的最大值，Un _表示对应 载密图像块中低于〇的像素值中的最小值，T表示门限，Au1表示溢出调整后的均值差；
[0040] 采用溢出调整后的均值差Au1重新计算对应载密图像块中每个像素的像素值。
[0041] 所述的图像无损变换方法，所述步骤（15)还包括：
[0042] 采用以下公式对Λ u进行量化调整：
[0044] 其中，Δ U2表示量化调整后的均值差，round ( Δ u/8)表示取最接近Δ u/8的整数， floor (Au/8)表示取不大于Au/8的最大整数；
[0045] 令= I Au21/4,并将Δι^作为均值差信息进行记录；
[0046] 采用量化调整后的均值差△ U2重新计算对应载密图像块中每个像素的像素值。
[0047] 所述的图像无损变换方法，所述步骤（16)中，将对应载密图像块沿最优方向旋 转，具体包括：
[0048] a、依次将对应载密图像块沿四个方向0°、90°、180°、270°旋转，分别计算每个 方向上对应载密图像块与目标图像块的均方误差；
[0049] b、选择均方误差最小的一个方向作为最优方向。
[0050] 所述的图像无损变换方法，所述步骤（18)中，消除并记录所述载密图像中溢出的 冗余像素值信息，具体包括：
[0051] a、找出载密图像中所有像素值不大于0和不小于255的像素，将小于0的像素值 取为〇,将大于255的像素值取为255 ;
[0052] b、采用以下公式记录冗余像素值信息：
[0054] 其中，resi表示载密图像中溢出的冗余像素值信息，pix表示载密图像中每个像 素的像素值。
[0055] 所述的图像无损变换方法，所述步骤（18)中，将所有附加信息嵌入消除冗余后的 载密图像中，具体包括：
[0056] a、对附加信息进行熵编码压缩；
[0057] b、采用加密算法对压缩后的附加信息进行加密；
[0058] c、采用可逆隐藏算法将加密后的附加信息写入载密图像中。
[0059] 由上述技术方案可知，本发明根据自然图像的特点，提出了高效的聚类算法来减 少附加信息量，从而使得4X4图像块的平移变换成为可能；通过安全的加密技术来加密附 加信息，保障了秘密图像的安全可靠。基于上述方案，可以得到一种全新的无损图像变换技 术，图像的多次迭代变换还可以当作一种特殊的透明图像压缩手段。
【附图说明】
[0060] 图1是本发明具体实施例的方法流程图；
[0061] 图2是本发明具体实施例中自然