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一种基于重抽样的隐藏图像修复方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-05-27
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-09-24
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-09-10
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-05-27
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910443622.4 申请日 2019-05-27
公开/公告号 CN110189273B 公开/公告日 2021-09-10
授权日 2021-09-10 预估到期日 2039-05-27
申请年 2019年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 G06T5/00 主分类号 G06T5/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2013.09.12何弦.基于估值的隐藏图像恢复算法《.中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》.2019,第2019年卷(第01期),第I138-3943页. 陈艳 等.基于曲面插值的加密图像可逆信息隐藏算法《.应用科学学报》.2018,第35卷(第2期),第220-236页. Manjunatha. S 等.InterpolationTechniques in Image Resampling. 《International Journal of Engineering &Technology》.2018,第567-570页. 代仕梅 等.改进的邻域滤波图像修复方法. 《电视技术》.2011,第35卷(第11期),第14-16,35页. Ki-Hyun Jung 等.Data Hiding MethodUsing Image Interpolation《.ComputerStandards & Interfaces》.2009,第1-11页. Anjie Peng 等.Revealing Traces ofImage Resampling and ResamplingAntiforensics《.Multimedia》.2017,第1-14页.;
引用专利 US2013236096A 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 广西师范大学 当前专利权人 广西师范大学
发明人 张显全、董玉、俞春强、唐振军 第一发明人 张显全
地址 广西壮族自治区桂林市七星区育才路15号 邮编 541004
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 广西壮族自治区 申请人所在市 广西壮族自治区桂林市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
刘梅芳
摘要
本发明公开了一种基于重抽样的隐藏图像修复方法,信息载体和隐藏信息均为图像,其特征在于,包括如下步骤:1)构造伪复制数据集;2)通过伪复制数据集计算待修复像素的估计值;3)隐藏图像的修复。这种方法能够准确的恢复被破坏的像素,使得修复后的图像具有较高的峰值信噪比和较好的视觉效果。
  • 摘要附图
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图1
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图2
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图3
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图4
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图5
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图6
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
  • 说明书附图:图7
    一种基于重抽样的隐藏图像修复方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-09-10 授权
2 2019-09-24 实质审查的生效 IPC(主分类): G06T 5/00 专利申请号: 201910443622.4 申请日: 2019.05.27
3 2019-08-30 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种基于重抽样的隐藏图像修复方法,信息载体和隐藏信息均为图像,其特征在于,包括如下步骤:
1)构造伪复制数据集:检测载密图像的像素值,确定被噪声破坏的像素,对从被破坏像素中提取的隐藏信息进行标记,从载密图像中提取隐藏图像,在隐藏图像中,若像素高5位未被破坏,该像素为可信点,不需修复;若像素高5位存在被破坏的比特位,该像素为不可信点,是待修复像素需进行修复,构造伪复制数据集,将pi,j的3×3邻域像素作为原始数据集,原始数据集中pi‑1,j‑1,pi‑1,j+1,pi+1,j‑1,pi+1,j+1与pi,j的欧氏距离为 pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j距离待修复像素pi,j的欧式距离为1,表明pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j与pi,j的联系更为紧密,采用包含pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j这4个元素伪复制数据集对待修复像素进行修复,用于修复pi,j的伪复制数据集A1、A2、A3、A4如公式(1)所示:
2)通过伪复制数据集计算待修复像素的估计值:设pi,j为待修复像素,从pi,j的3×3邻域中开始寻找可信点,若可信点个数小于2,则扩大查找范围,直到满足可信点个数要求或到达图像边界,设查找到m个可信像素,可信像素的低三位若存在被破坏位,将被破坏位同时置1得到最大值,同时置0得到最小值,设maxcre表示第cre个可信像素最大值、mincre为第cre个可信像素最小值,其中,cre=1,2,…,m,maxs=max(max1,max2,…,maxm),mins=min(min1,min2,…,minm),得到pi,j及邻域像素的取值范围,对于伪复制数据集为{q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7},设像素qk(k=1,2,3,4,5,6,7)的高5位中的不可信位置0或1,低三位保持不变,得到介于mins与maxs之间的可能值集合为 其中uk元素的个数,共有7
个数据集,如公式(2)所示:

设 在7个数据集中,从每个集合取一个元素得到数据集Onum,则:

其中num=1,2,…,s, 令:
lnum=mean(Onum)     (4)
计算tmark与l1,l2,…,ls差值的平方和ymark,其中,mark=1,2,…,z,设y1,y2,…,yz的最小值为y,且 若e=1,则得到pi,j的估计值value为 若e>1,令:

其中v=1,2,…,e,令:
w=argmin(g1,g2,…,ge)       (6),
argmin(·)为计算一组数中的最小值所对应的下标,则得到pi,j的估计量value为 3)隐藏图像的修复:将待修复像素pi,j被破坏的位置0或1,得到pi,j所有的可能值,设这些介于mins与maxs之间的可能值为t1,t2,…,tz,则修复值为其中之一,依据步骤2)的方法可分别计算出A1、A2、A3、A4的估计值,分别为value1,value2,value3,value4,令:
optimum=round(value1,value2,value3,value4)      (7),
round(·)为求均值并四舍五入取整运算,在t1,t2,…,tz中与optimum差值绝对值最小的元素为pi,j的修复值,实现对pi,j的修复,同理,可修复隐藏图像中所有非边界不可信像素,修复隐藏图像边界不可信像素时,若相邻像素有可信像素,则用这些可信像素的均值对其进行修复,若相邻像素没有可信像素,则用所有相邻像素的均值对其进行修复,最终完成对隐藏图像的恢复。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及图像处理和信息安全领域,具体是一种基于重抽样的隐藏图像修复方法。

背景技术

[0002] 随着网络技术的发展,信息安全备受人们的关注。信息隐藏作为信息安全的重要研究领域,得到了广泛的应用。信息隐藏目的是将秘密信息嵌入到载体中,让截获者察觉不到隐秘通信的存在,提高信息的安全性。如果隐藏的载体和密秘信息均为图像,当载体图像被噪声等破坏时,提取的隐藏图像也会被破坏,对隐藏图像的恢复可提高其安全性。
[0003] 现有技术中的空域图像恢复方法包括:开关中值和形态学滤波去除脉冲噪声的算法、自适应双阈值去除随机脉冲噪声的算法、基于迭代方法去除随机脉冲噪声等算法。开关中值和形态学滤波去除脉冲噪声算法首先通过基于侵蚀和膨胀算子的形态学梯度对噪声
进行监测,然后通过混合滤波器去除监测到的脉冲噪声;自适应双阈值去除随机脉冲噪声
算法,通过引入双阈值来改进噪声监测技术,应用窗口像素平均值计算阈值,准确的噪声监测更加有利于图像去噪;基于迭代方法去除随机脉冲噪声算法,通过检查噪声点分布,针对检测出的噪声点应用基于迭代的中值滤波进行修复。
[0004] 现有技术中的频域图像恢复方法包括:基于小波和多重分形的奇异检测图像去噪方法、应用维纳滤波的双层混合小波变换实现图像恢复、应用对偶树复小波变换实现图像
恢复等。基于小波和多重分形的奇异检测图像去噪方法,是用小波变换多分辨率进行分析,用不同尺度的局部统计自相似性,计算出各尺度局部奇异性的逐点奇异强度值,通过奇异
强度的阈值划分,将每个尺度的小波系数分为两类:边缘相关正则小波系数和不规则系数,不规则系数类,用一种近似的最小均方误差估计方法进行降噪处理,而边缘关联规则的小
波系数类,利用模糊加权均值滤波器进行平滑处理,旨在保护边缘和细节时降噪;应用维纳滤波的双层混合小波变换来实现图像恢复,根据混合小波并结合软阈值函数和硬阈值函数
对图像进行初步处理,并使用维纳滤波处理得到恢复图像;应用对偶树复小波变换来实现
图像恢复,用对偶树复小波变换来分解图像并且用压缩操作去除图像的噪声。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足,而提供一种基于重抽样的隐藏图像修复方法。这种方法能够准确地恢复被破坏的像素,使得修复后的图像具有较高的峰值信噪比和
较好的视觉效果。
[0006] 实现本发明目的的技术方案是:
[0007] 一种基于重抽样的隐藏图像修复方法,信息载体和隐藏信息均为图像,与现有技术不同处在于,包括如下步骤:
[0008] 1)构造伪复制数据集:检测载密图像的像素值,确定被噪声破坏的像素,对从被破坏像素中提取的秘密信息进行标记,从载密图像中提取隐藏图像,在隐藏图像中,若像素高5位未被破坏,该像素为可信点,不需修复;若像素高5位存在被破坏的比特位,该像素为不可信点,是待修复像素需进行修复,应用重抽样法进行隐藏图像修复,首先要构造伪复制数据集,将pi,j的3×3邻域像素作为原始数据集,由于原始数据集中pi‑1,j‑1,pi‑1,j+1,pi+1,j‑1,pi+1,j+1与pi,j的欧氏距离为 pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j距离待修复点pi,j的欧式距离为1,表明pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j与pi,j的联系更为紧密,因此采用包含pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j这4个元素伪复制数据集对待修复点进行修复,用于修复pi,j的伪复制数据集如公式(1)所
示:
[0009]
[0010] 2)通过伪复制数据集计算待修复像素的估计值:设pi,j为修复像素,从pi,j的3×3邻域中开始寻找可信点,若可信点个数小于2,则扩大查找范围,直到满足可信点个数要求或到达图像边界,设查找到m个可信像素,像素的低三位若存在被破坏位,将被破坏位同时置1得到最值,同时置0得到最小值,设maxk(k=1,2,…,m)表示第i个可信像素最大值、mink为第k个可信像素最小值,maxs=max(max1,max2,…,maxm),mins=min(min1,min2,…,
minm),得到pi,j及邻域像素的取值范围,
[0011] 对于伪复制数据集为{q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7},设像素qk(k=1,2,3,4,5,6,7)的高5位中的不可信位置0或1,低三位保持不变,得到介于mins与maxs之间的可能值集合为其中uk元素的个数,共有7个数据集,如公式(2)所示:
[0012] ,
[0013] 设 在7个数据集中,从每个集合取一个元素得到数据集Ok,则:
[0014] ,
[0015] 其中k=1,2,…,s, 令:
[0016] lk=mean(Ok)   (4),
[0017] 计算tk(k=1,2,…,z)与l1,l2,…,ls差值的平方和yk,设y1,y2,…,yz的最小值设为y,且 若e=1,则得到pi,j的估计值value为 若e>1,令:
[0018] ,
[0019] 其中v=1,2,…,e,令:
[0020] w=argmin(g1,g2,…,ge)   (6),
[0021] argmin(·)为计算一组数中的最小值所对应的下标,则得到pi,j的估计量value为
[0022] 3)隐藏图像的修复:将待修复像素pi,j被破坏的位置0或1,得到pi,j所有的可能值,设这些介于mins与maxs之间的可能值为t1,t2,…,tz,则修复值为其中之一,依据步骤2)的方法可分别计算出A1、A2、A3、A4的估计值,分别为value1,value2,value3,value4,令:
[0023] v=round(value1, value2, value3, value4)   (7),
[0024] round(·)为求均值并四舍五入取整运算,在t1,t2,…,tz中与v差值绝对值最小的元素为pi,j的修复值,实现对pi,j的修复,同理,可修复隐藏图像中所有非边界不可信像素:
修复隐藏图像边界不可信像素时,若相邻像素有可信像素,则用这些可像素的均值对其进
行修复,若相邻像素没有可信像素,则用所有相邻像素的均值对其进行修复,最终完成对隐藏图像的恢复。
[0025] 本技术方案中载体和隐藏信息都是图像,统计学方法在数据分析、数据预测等方面应用广泛,本技术方案将统计学重抽样的方法应用于隐藏图像的恢复中,将被噪声等破
坏的像素作为缺失数据,考虑图像自身特性,构造多个伪复制数据集,根据这些构造的数据集预测被破坏像素的值。
[0026] 这种方法能够准确的恢复被破坏的像素,使得修复后的图像具有较高的峰值信噪比和较好的视觉效果。

实施方案

[0034] 下面结合实施例对本发明内容作进一步的详细说明,但不是对本发明的限定。
[0035] 实施例:
[0036] 本例选择大小为3×3隐藏图像,如图1所示,按行遍历隐藏图像中的像素,每个像素按照由高位到低位的顺序排列,得到3×3×8位秘密信息,为{01100111、01101000、
01100110、01111110、01101110、01101101、01101001、01101010、01101000},如图2所示为6×6大小的载体图像,隐藏位数为2,将72位秘密信息按行遍历的顺序隐藏到载密像素的次
低位和最低位,得到载密图像如图3所示,载密图像添加强度为0.3的椒盐噪声后所得到的
载密图像如图4所示。
[0037] 一种基于重抽样的隐藏图像修复方法,信息载体和隐藏信息均为图像,包括如下步骤:
[0038] 1)构造伪复制数据集:检测载密图像,像素值为255或0的载密像素为被噪声破坏像素,根据隐藏时的顺序提取秘密信息,并对从破坏像素中提取的隐藏信息进行标记,提取的秘密信息为{01100111、01100000、01100111、01111110、11111110、01101100、01111000、
01101011、01001000},计算得到恢复隐藏图像像素值,如图5所示,秘密信息的标记为
{00000011、00001100、00000011、00000000、11110000、00000011、00110011、00000011、
00110000}其中1表示对应的秘密信息被破坏,0表示对应的秘密信息没有被破坏,在隐藏图像中,若像素高5位未被破坏,该像素不需进行修复,若像素高5位存在被破坏的比特位,对其进行标记,采用重抽样方法进行修复,如图6所示为提取的隐藏图像中各像素是否可信标记矩阵示意图,若对应的像素需要修复用1来表示,若对应的不需要修复用0来表示;
[0039] 将重抽样法应用于图像修复,首先要构造伪复制数据集,将pi,j的3×3邻域像素作为原始数据集,则原始数据集为{pi‑1,j‑1,pi‑1,j,pi‑1,j+1,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j‑1,pi+1,j,pi+1,j+1},原始数据集中pi‑1,j‑1,pi‑1,j+1,pi+1,j‑1,pi+1,j+1与pi,j的欧氏距离为 pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j距离待修复点pi,j的欧式距离为1,表明pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j与pi,j的联系更为紧密,因此采用包含pi‑1,j,pi,j‑1,pi,j+1,pi+1,j这4个元素伪复制数据集对待修复点进行修复,如公式(1)所示:
[0040]
[0041] 将i=2,j=2时带入公式(1)得到4个元素伪复制数据集对p2,2进行修复,4个伪复制数据集为:
[0042]
[0043] 2)通过伪复制数据集计算待修复像素的估计量:设pi,j为不可信非边界像素,位于隐藏图像的第i=2行第j=2列,依据邻域可信像素,确定p2,2修复值的取值范围,即从p2,2的3×3邻域中开始寻找可信点,若可信点个数小于2,则扩大查找范围,直到满足可信点个数
要求或到达图像边界:从p2,2的3×3邻域中查找到m=5个可信像素p1,1,p1,3,p2,1,p2,3,p3,2,5个可信像素中高五位不存在被破坏位,某个像素的低三位若存在被破坏位,将被破坏位置1或置0,得到该像素的最大和最小值;某个像素的低三位若不存在被破坏位,该像素的最大和最小值为该像素的像素值,设maxi(i=1,2,…,m)表示查找的第i个可信像素最大值、mini为查找的第i个可信像素最小值,由max1=103,max2=103,max3=126,max4=111,maxm=107和min1=100,min2=100,min3=126,min4=108,minm=104,得到pi,j及邻域像素的取值范围:maxs=max(max1,max2,…,maxm)=126,mins=min(min1,min2,…,minm)=100。将pi,j被破坏的高5位置0或置1,得到若干个pi,j的可能修复值,设t1,t2,…,tz为介于maxs与mins之间的可能值,求得t1=126,t2=110,z=2,则修复值为t1,t2其中之一。
[0044] 对于伪复制数据集为{q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7}=A1,设像素qk(k=1,2,3,4,5,6,7)的高5位中的不可信位置0或置1,低三位保持不变,伪复制数据集中其他像素值不变,得到介于maxs与mins之间的可能值集合为 其中uk为元素的个数,如公式(2)所示:
[0045]
[0046] 由公式(2),得到7个数据集为:
[0047]
[0048] 设 令:
[0049]
[0050] 其中k=1,2,3,4, 令:
[0051] lk=mean(Ok)   (4)
[0052] 计算tk(k=1,2,…,z)与l1,l2,…,ls差值的平方和yk,设y1,y2,…,yz的最小值设为y,且 e=1,则得到pi,j的估计量value为
[0053] 3)隐藏图像的修复:
[0054] 依据步骤2)的方法可分别计算出A1、A2、A3、A4的估计量,分别为value1=110,value2=110,value3=110,value4=110,令:
[0055] v=round(value1, value2, value3, value4)   (7)
[0056] round(·)为求均值并四舍五入取整运算,由公式(7)得到v=t2=110,为p2,2的修复值。
[0057] 同理,修复隐藏图像边界不可信像素,若相邻像素有可信像素,则用这些可像素的均值对其进行修复,若相邻像素没有可信像素,则用所有相邻像素的均值对其进行修复,最终完成对隐藏图像的恢复,具体地,p1,2应用相邻像素p1,1,p1,3,p2,1,p3,2来修复,p1,1,p1,3,p2,1,p3,2的像素均值为110,因此p1,2的修复值为110,p3,1应用相邻像素p2,1,p3,2来修复,p2,1,p3,2的像素均值为116,因此p3,1的修复值为116,p3,3应用相邻像素p2,3,p3,2来修复,p2,1,p3,2的像素均值为107,因此p3,1的修复值为107,隐藏图像修复完成,如图7所示为修复后的隐藏图像矩阵示意图。

附图说明

[0027] 图1为实施例中被隐藏图像矩阵示意图;
[0028] 图2为实施例中载体图像矩阵示意图;
[0029] 图3为实施例中载密图像矩阵示意图;
[0030] 图4为实施例中被强度0.3椒盐噪声污染的载密图像矩阵示意图;
[0031] 图5为实施例中从图4中恢复的隐藏图像矩阵示意图;
[0032] 图6为实施例中图4中像素是否可信标记矩阵示意图;
[0033] 图7为实施例中修复后的隐藏图像矩阵示意图。
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