[發明專利]一種結合密鑰和隨機正交張量基的密圖偽裝恢復方法

有效

• 申請號: 201810469751.6
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108717683B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 邵利平;邵京津;任平安
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種結合密鑰和隨機正交張量基的密圖偽裝恢復方法，首先將密圖和公開圖像劃分為同等數量的矩陣小塊，利用密鑰生成的單位正交陣來構造隨機正交張量基；其次通過求取密圖小塊在隨機正交張量基上的投影來對密圖小塊進行充分有效的線性表達，從中選取幅值和能量較大的前k個投影系數并記錄索引位置來構成行序列和列序列；再次將選定的投影系數、行序列和列序列通過對公開圖像微小調整和大容量嵌入的密寫方法嵌入到與之對應的公開圖像小塊中從而形成信道公開傳輸圖像；最后通過信道公開傳輸圖像提取的變換參數并結合密鑰來對密圖進行重構。同現有方法相比，本發明可實現密圖不同精度的重構并嚴格依賴于用戶密鑰，從而具備較高的安全性。

技術領域

本發明屬于圖像信息安全和數字圖像信號處理交叉領域，涉及一種密圖偽裝恢復方法，特別涉及一種結合密鑰和隨機正交張量基的密圖偽裝恢復方法。

背景技術

近年來，伴隨著計算機和網絡技術的發展，越來越多的數字圖像在公有信道中傳播。對秘密圖像不加限制地訪問和使用，不僅涉及個人隱私、媒體公信和政府誠信，同時也會導致社會動蕩和誘發軍事沖突。

如何有效地保護公有信道中傳輸的秘密圖像，成為目前研究的熱點。針對此問題，人們已提出了多種圖像保護方法，例如將明文圖像轉換為密文的數字圖像加密技術以及數字圖像偽裝技術等。相對于數字圖像加密技術，數字圖像偽裝是將機密圖像偽裝成有意義的非機密圖像，從而在公有信道傳輸中不易引起攔截者的注意，減少潛在攻擊的可能性，進一步保證機密圖像的安全性。

Tangram方法，也稱七巧板方法或中國拼圖方法，是一種典型的圖像偽裝方法(丁瑋.數字圖像信息安全的方法研究[D].北京：中國科學院計算技術研究所，2000.)。其基本思路是選取一幅和秘密圖像等大的公開圖像，將秘密圖像和公開圖像分割成不重疊的等大子塊。將公開圖像子塊進行8種等距變換構造字典塊，利用最小2乘法尋找秘密圖像的每個子塊在公開圖像字典塊中匹配殘差最小的子塊所對應的變換參數，然后利用這些變換參數將公開圖像轉換為秘密圖像。由于Tangram方法在匹配過程中需進行全局搜索，編碼開銷大，嚴重限制了Tangram方法的實際應用價值，同時Tangram方法變換過程中僅有8個等距變換，也制約了將秘密圖像轉變為公開圖像的匹配精度，而借助全局搜索找到最合適的等距變換參數也進一步提高了計算復雜性。

為降低經典Tangram方法的搜索時間和加快編碼速度，吳軍和吳秋新等對經典Tangram方法進行了改進，添加了小塊均化操作，在此基礎上給出了基于塊均化5元組匹配的Tangram方法(吳軍，吳秋新.一種基于七巧板游戲的數字圖像信息偽裝方法[J].計算機應用，2004，24(6):125-128.)。但該方法在減小計算代價的同時，也減少了等距變換數量，從而進一步降低了匹配精度。

為進一步減少搜索時間，加快編碼速度，余建德等人對Tangram方法進行了改進，利用像素灰度值作圖像區域非均勻剖分的思想，提出了基于三角形剖分的Tangram方法(余建德，宋瑞霞，齊東旭.基于數字圖像三角形剖分的信息偽裝方法[J].計算機研究與發展，2009，46(9):1432-1437.)。相對于經典Tangram方法，基于三角形剖分的Tangram方法不進行全局搜索，只找到對應三角區域的差值，降低了運算代價。但只能對秘密圖像的三角形剖分區域進行近似重構，降低了秘密圖像重構精度。

為減少計算代價和提高秘密圖像的重構質量，在所授權的國家發明專利“基于改進Tangram算法和2維雙尺度矩形映射的數字圖像偽裝方法”(邵利平，李苑夢.基于Tangram算法和2維雙尺度矩形映射的圖像偽裝及重構方法[P].中國專利，ZL201410404838.7，2014-11-12)中，將秘密圖像劃分的小塊作為字典，利用2D雙尺度矩形映射確定秘密圖像子塊和公開圖像子塊的對應關系，將每個秘密圖像子塊按8個等距變換直接和對應位置的公開圖像子塊進行最小2乘法匹配。由于避免了全局匹配，實際編碼時間遠低于Tangram方法。但所提策略同傳統Tangram方法一樣，通過有限的等距變換，由此導致信道中的偽裝圖像視覺質量不高。