[发明专利]基于分块序列的数字图像伪装及重构方法

说明书

本发明公开一种基于分块序列的数字图像伪装及重构方法，是将公开图像和秘密图像矩阵划分的子块扫描成序列作为秘密序列和公开序列，对元素值相同序列添加随机扰动，将秘密序列进行循环右移的等距变换序列直接和对应位置公开序列进行最小2乘法匹配，找到残差最小的循环右移步长和匹配参数，从而将秘密图像伪装成公开图像并能进一步将伪装后的公开图像重构为秘密图像。本发明易于实现，由于只进行对应位置等距变换序列匹配，减少编码时间同时也提高了等距变换数量，增加了匹配精度，并能有效地避免平滑块变换为复杂块和平滑块恢复复杂纹理块所带来的细节损失和溢出问题，从而进一步提高了伪装和重构图像的视觉质量。

技术领域

本发明属于信息安全和数字图像信号处理技术领域，涉及一种数字图像伪装方法，具体涉及一种基于分块序列的数字图像伪装及重构方法。

背景技术

近年来，伴随着计算机和网络技术的发展，越来越多的数字图像在公有信道中传播。对秘密图像不加限制地访问和使用，不仅涉及个人隐私、媒体公信和政府诚信，同时也会导致社会动荡和诱发军事冲突。

如何有效地保护公有信道中传输的秘密图像，成为目前研究的热点。针对此问题，人们已提出了多种图像保护方法，例如将明文图像转换为密文的数字图像加密技术以及数字图像伪装技术等。相对于数字图像加密技术，数字图像伪装是将机密图像伪装成有意义的非机密图像，从而在公有信道传输中不易引起拦截者的注意，减少潜在攻击的可能性，进一步保证机密图像的安全性。

Tangram方法，也称七巧板方法或中国拼图方法，是一种典型的图像伪装方法(丁玮.数字图像信息安全的方法研究[D].北京：中国科学院计算技术研究所，2000.)。其基本思路是选取一幅和秘密图像等大的公开图像，将秘密图像和公开图像分割成不重叠的等大子块。将公开图像子块进行8种等距变换构造字典块，利用最小2乘法寻找秘密图像的每个子块在公开图像字典块中匹配残差最小的子块所对应的变换参数。然后利用这些变换参数将公开图像转换为秘密图像。由于Tangram方法在匹配过程中需进行全局搜索，编码开销大，严重限制了Tangram方法的实际应用价值，同时Tangram方法变换过程中仅有8个等距变换，也制约了将秘密图像转变为公开图像的匹配精度，而借助全局搜索找到最合适的等距变换参数也进一步提高了计算复杂性。

为降低经典Tangram方法的搜索时间和加快编码速度，吴军和吴秋新等对经典Tangram方法进行了改进，添加了小块均化操作，在此基础上给出了基于块均化5元组匹配的Tangram方法(吴军，吴秋新.一种基于七巧板游戏的数字图像信息伪装方法[J].计算机应用，2004，24(6):125-128.)。但该方法在减小计算代价的同时，也减少了等距变换数量，从而进一步降低了匹配精度。

为进一步减少搜索时间，加快编码速度，余建德等人对Tangram方法进行了改进，利用像素灰度值作图像区域非均匀剖分的思想，提出了基于三角形剖分的Tangram方法(余建德，宋瑞霞，齐东旭.基于数字图像三角形剖分的信息伪装方法[J].计算机研究与发展，2009，46(9):1432-1437.)。相对于经典Tangram方法，基于三角形剖分的Tangram方法不进行全局搜索，只找到对应三角区域的差值，降低了运算代价。但只能对秘密图像的三角形剖分区域进行近似重构，降低了秘密图像重构精度。

为减少计算代价和提高秘密图像的重构质量，在所申请的国家发明专利“基于改进Tangram算法和2维双尺度矩形映射的数字图像伪装方法”(邵利平，李苑梦.基于Tangram算法和2维双尺度矩形映射的图像伪装及重构方法[P].中国专利:CN104143174A，2014-11-12.)中，我们将秘密图像划分的小块作为字典，利用2D双尺度矩形映射确定秘密图像子块和公开图像子块的对应关系，将每个秘密图像子块按8个等距变换直接和对应位置的公开图像子块进行最小2乘法匹配。由于避免了全局匹配，实际编码时间远低于Tangram方法。但所提策略同传统Tangram方法一样，仅有8个等距变换，由此导致信道中的伪装图像视觉质量不高。

发明内容