[发明专利]一种图像中信息的隐写及读取方法

说明书

本发明属于技术视觉技术领域，具体涉及一种在图像中进行信息隐写及读取方法。本发明的方法主要是将信息隐藏到图像的非显著区域和高频区域来提高编码图像的人类感知质量，同时将检测器和编码/解码系统一起训练，使解码系统能够自动适应检测器的定位误差来代替手动的选择模拟噪声强度，最终达到解码系统的鲁棒性与图像质量之间的平衡。

技术领域

本发明属于技术视觉技术领域，具体涉及一种图像中信息的隐写及读取方法。

背景技术

隐写术是一项隐藏私密信息在其他公共的数据载体里面的信息隐藏技术。通常上，这些公共的数据载体包含图像，视频，音频等等。其中，在图像中进行信息隐写有着悠久的发展历史和广泛的应用场景。隐秘通讯是隐写术的一个经典应用，它通过将通讯信息隐藏在数字图像等多媒体数据中，同时保持载体数据的统计特性和视觉特征几乎不变，来达到掩人耳目的作用。随着互联网的广泛发展，网络上时时刻刻产生着大量的多媒体数据，这些公共数据为私密通信数据提供了很好的掩护，使得通信过程更加安全。数字水印也是信息隐藏技术的一个应用方向。它与通常的隐写术有着相似的作用，二者都是隐藏一些私密信息在公共的图像载体数据里面。不过二者的目的有所差别。图像隐写术主要目的是秘密通信，而水印技术通常用来保护目标的知识产权，来防止盗版。因而对于水印技术，它的信息恢复的鲁棒性比起信息隐藏的安全性更加重要。

最近，在现实的物理照片中隐藏信息，然后采用智能手机去扫描图像来提取隐藏信息成为了图像隐写术的一个新兴的应用方向。也就是说，可以在世界中的任何一张打印或者显示的照片中隐藏任意的数字信息，然后可以通过一个联网的图像解码系统来获取这些隐藏信息。

比如，如今旅游行业快速发展，人们总会在旅行的途中拍摄大量的照片，然后将打印的照片张贴在房间中或者放在相框里。这时，可以在照片中隐藏一个网站地址，网站内容包括该照片的拍摄时间，地址，景点，人员介绍等等，甚至是一些旅行中有趣的故事或者感悟。这样我们的朋友甚至陌生人可以通过扫描该照片来分享生活故事。

另一个应用场景是在超市，超市可以隐藏一个超链接在商品的广告中，该链接能通过网络获取商品的信息(比如价格，产地，原料，产品ID，生产过程)。消费者能通过扫描这些广告图片来获取该超链接，再通过网络获取这些商品信息。这个功能和目前普遍使用的二维码功能类似，然而它避免了额外的空间去张贴二维码，同时也更加美观。本发明就是针对这些应用场景专门设计了一套名为DeStegaNet的图像隐写系统，用来在自然图片中隐藏信息与提取信息。

通常，图像隐写系统包含两个部分：编码器(将隐藏信息嵌入到载体图像中，同时保证编码图片与载体图像相似)，解码器(从编码器生成的编码图片中恢复隐藏信息)。在传统的图像隐写系统中，通常假定解码器接收到的编码图片是无损的。但是在该应用场景中，该假设是不成立的。因为在数字编码图像变为现实世界中的物理图像的过程中，数字图像会进过图像压缩传输和打印的过程。然后在智能手机扫描物理图像的过程中，会面临检测系统检测不准的问题。因此，在整个数字图像到物理图像，再到数字图像的传输过程中，会引入大量的噪声，这对解码器的鲁棒性提出了严格的要求。针对该问题，“Matthew Tancik,Ben Mildenhall,and Ren Ng.Stegastamp:Invisible hy-perlinks in physicalphotographs.CoRR,abs/1904.05343,2019”提出了一套名为StegaStamp的图像隐写系统，他们通过深度学习来编码和解码信息，同时采用一个模拟噪声层来近似整个传输过程中可能的噪声影响，提高了解码器在实际应用场景下的鲁棒性。

发明内容

本发明是在上述StegaStamp图像隐写系统的基础上做了进一步的改进，以提高编码图像的图像质量，使得编码图像更加符合人类视觉系统的观察习惯为目标，提出一种图像的隐写及读取方法。

为便于理解，下面对本发明所依据的技术原理进行介绍。

在现实照片中隐藏信息，并且用智能手机扫描图像来提取隐藏信息，在该应用场景中，图像隐写系统应该具备两个功能：