CN116958006A - 一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法 - Google Patents

一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，涉及图像隐写与隐私保护技术领域，步骤1，输入载体图像和待隐藏图像；步骤2，基于载体图像和待隐藏图像的相同颜色通道构建像素对；步骤3，对于步骤2中构建的像素对进行双向融合；步骤4，获取叠加像素，在经过融合的像素对中，将载体图像的融合像素低4位比特信息替换为另一个像素的高4位比特信息，得到叠加像素；步骤5，重复以上步骤后，所有通道的像素对完成叠加，即得到最终的叠加图像。本发明对图像进行加密后，图像外观上仅呈现载体图像的外观，并且载体图像与待隐藏图像在图像尺寸上相同，相比一般的隐写算法要求隐藏图片尺寸必须小于载体图像具有显著优势。

Description

一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法
技术领域
本发明涉及图像隐写、隐私保护技术领域，尤其是涉及一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法。
背景技术
随着数字图像在现代社会中的广泛应用，图像加密和隐私保护成为了重要的研究领域。
公开号为CN115908092A的发明专利公开了一种图像块旋转的马赛克拼图伪装隐写方法包括：利用密钥随机选择原始共享图像，获取载体图像，并对载体图像进行像素替换；对原始共享图像进行调色和旋转获取嵌密编码图像，并通过图像拼接获取马赛克图像；获取马赛克图像并将其恢复为解密编码图像，利用密钥选择共享图像；将共享图像和解密编码图像转化为灰度图像并进行极坐标变换以获取角度灰度曲线；基于角度灰度曲线进行旋转角度恢复并恢复秘密信息。
上述图像加密隐写方法会对感官上自然的图像内容进行破坏，使得加密后的图像感官上呈现马赛克状态，容易被攻击者感知。
且传统的隐写方法通常载体图像要远大于待隐藏图像，无法互换角色。例如广泛使用的鲁棒水印算法，其嵌入载体图像的一般为黑白二进制小尺寸logo图像。logo图像的像素数低于载体图像的百分之一，其分辨率远远小于载体图像分辨率。即便是普通的非鲁棒性的以大容量隐写为目的的隐写算法，嵌入容量最多可以达到4bpp（bit per pixel），即一个像素本身为8比特时，该像素仅能存储4比特的秘密信息，否则该像素会产生严重失真。在如此极限的情况下，载体图像也至少要是嵌入图像分辨率的2倍，并且还伴随显著的画面失真。
因此，亟需设计一种高效、可靠的图像隐藏、伪装保护方案，为个人隐私和敏感数据提供更好的保护。本发明让嵌入图像在隐写进行前，进行像素融合，一定程度上利用了嵌入图像本身的数据冗余性，结合载体图像的信息冗余，完成双向融合，将各自最为有效的高位比特信息保留，完成图像的嵌入。
发明内容
为了传统的隐写图像加密方法存在的会对感官上自然的图像内容进行破坏，使得加密后的图像感官上呈现马赛克状态，容易被攻击者感知，且载体图像要远大于待隐藏图像，无法互换角色的技术问题，本发明提供一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法。采用如下的技术方案：
一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，包括以下步骤：
步骤1，输入载体图像和待隐藏图像；
步骤2，基于载体图像和待隐藏图像的相同颜色通道构建像素对；
步骤3，对于步骤2中构建的像素对进行双向融合；
步骤4，像素对叠加，在经过步骤3融合后的像素对中，将载体图像的融合像素低4位比特信息替换为另一个像素的高4位比特信息，得到叠加像素；
步骤5，重复步骤1-4，得到载体图像和待隐藏图像的各个颜色通道的像素完成叠加后，得到最终的叠加图像。
通过采用上述技术方案，载体图像和待隐藏图像两张图像各自使用4比特信息进行存储自身高4比特的像素主体数值，并将剩余的被对方占用的4比特像素利用起来尽可能逼近自己的低4比特信息，以降低隐写嵌入带来的失真。从而实现两个8比特像素互相融合共用8比特的信息容量。该方法可避免拍摄图像被非法访问时导致隐私信息泄漏，并可结合加密算法进一步提升隐藏图像的安全性。
可选的，步骤1的方法是：准备与待隐藏图像等尺寸的图像作为载体图像，记为图像A，将待隐藏图像记为图像B。
通过采用上述技术方案，使得叠加的图像在视觉上与原始的其中一张图像非常接近，从而保护了图像的隐私。
可选的，步骤2中构建像素对的方法是：从图像A中取一个颜色通道，图像B取对应颜色通道 />，/>和/>分别为X和Y中第i行第j列的像素数值，颜色通道X和Y中相同位置上像素构建成像素对，即像素对表示为/>。
可选的，对于像素对，融合过程表示如下：
x向y的融合：；
y向x的融合：。
可选的，基于融合函数进行融合，定义如下
；
>>运算表示二进制的向右移位运算，^运算表示二进制的按位与运算，用于计算高4比特对应的数值，取值为0，1，2，3，…，15，/>用于计算低4比特对应的数值，取值为0，1，2，3，…，15；
通过将a的低4比特向b的高4比特靠近。
可选的，经过融合后的像素对中/>低4位比特信息替换为/>的高4位比特信息，按照二进制方式记为/>，得到叠加像素。
通过采用上述技术方案，通过像素融合和交换操作，将显示图像和隐藏图像进行合并，使得最终的合并图像在视觉上与显示图像几乎一致。这种叠加算法可广泛应用于图像加密和隐私保护场景，例如在图像传输、存储或共享过程中，可以使用该算法将敏感的隐藏图像嵌入到无害的显示图像中，以保护隐私和防止信息泄露。这在保护个人隐私、商业机密以及敏感数据方面具有重要意义。
步骤5各个颜色通道的像素对均经过融合和叠加后即得到叠加图像C。
可选的，叠加图像C的还原方法：将图像C的高低4比特进行位置互换得到图像B中一个通道的像素，即/>，/>；
对所有颜色通道均进行还原操作，最终恢复图像B的内容。
通过采用上述技术方法，可以将两张等尺寸位图相互叠加，还能在需要时进行图像逆向分离还原。
综上所述，本发明包括以下至少有益技术效果：
本发明能提供一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，相较于传统的图像加密或涂抹方法，该算法对图像进行加密后，图像外观上仅呈现载体图像的外观。通过像素融合和交换操作，将显示图像和隐藏图像进行合并，使得最终的合并图像在视觉上与显示图像几乎一致；
载体图像和待隐藏图像两张图像各自使用4比特信息进行存储自身高4比特的像素主体数值，并将剩余的被对方占用的4比特像素利用起来尽可能逼近自己的低4比特信息，以降低隐写嵌入带来的失真。从而实现两个8比特像素互相融合共用8比特的信息容量。该方法可避免拍摄图像被非法访问时导致隐私信息泄漏，并可结合加密算法进一步提升隐藏图像的安全性。
可广泛应用于图像加密和隐私保护场景，例如在图像传输、存储或共享过程中，可以使用该算法将敏感的隐藏图像嵌入到无害的显示图像中，以保护隐私和防止信息泄露，在保护个人隐私、商业机密以及敏感数据方面具有重要意义。
附图说明
图1是本发明一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法的流程示意图；
图2是具体实施例图像A和图像B两张图像颜色通道与像素示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法。
参照图1和图2，一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，包括以下步骤：
步骤1，输入载体图像和待隐藏图像；
步骤2，基于载体图像和待隐藏图像的相同颜色通道构建像素对；
步骤3，对于步骤2中构建的像素对进行双向融合；
步骤4，像素对叠加，在经过步骤3融合后的像素对中，将载体图像的融合像素低4位比特信息替换为另一个像素的高4位比特信息，得到叠加像素；
步骤5，重复步骤1-4，得到载体图像和待隐藏图像的各个颜色通道的像素完成叠加后，得到最终的叠加图像。
载体图像和待隐藏图像两张图像各自使用4比特信息进行存储自身高4比特的像素主体数值，并将剩余的被对方占用的4比特像素利用起来尽可能逼近自己的低4比特信息，以降低隐写嵌入带来的失真。从而实现两个8比特像素互相融合共用8比特的信息容量。该方法可避免拍摄图像被非法访问时导致隐私信息泄漏，并可结合加密算法进一步提升隐藏图像的安全性。
步骤1的方法是：准备与待隐藏图像等尺寸的图像作为载体图像，记为图像A，将待隐藏图像记为图像B。
使得叠加的图像在视觉上与原始的其中一张图像非常接近，从而保护了图像的隐私。
步骤2中构建像素对的方法是：从图像A中取一个颜色通道，图像B取对应颜色通道 />，/>和/>分别为X和Y中第i行第j列的像素数值，颜色通道X和Y中相同位置上像素构建成像素对，即像素对表示为/>。
对于像素对，融合过程表示如下：
x向y的融合：；
y向x的融合：。
基于融合函数进行融合，定义如下
；
>>运算表示二进制的向右移位运算，^运算表示二进制的按位与运算，用于计算高4比特对应的数值，取值为0，1，2，3，…，15，/>用于计算低4比特对应的数值，取值为0，1，2，3，…，15；
通过将a的低4比特向b的高4比特靠近。
经过融合后的像素对中/>低4位比特信息替换为/>的高4位比特信息，按照二进制方式记为/>，得到叠加像素。
通过像素融合和叠加操作，将载体图像和待隐藏图像进行合并，使得最终的叠加图像在视觉上与载体图像几乎一致。这种叠加算法可广泛应用于图像加密和隐私保护场景，例如在图像传输、存储或共享过程中，可以使用该算法将敏感的隐藏图像嵌入到无害的显示图像中，以保护隐私和防止信息泄露。这在保护个人隐私、商业机密以及敏感数据方面具有重要意义。
步骤5的方法是：各个颜色通道的像素对均经过融合和叠加后即得到叠加图像C。
叠加图像C的还原方法是：将图像C的高低4比特进行位置互换即可得到图像B。
叠加图像C单个颜色通道的还原方法：将图像C的高低4比特进行位置互换得到图像B中一个通道的像素，即/>，/>；
对所有颜色通道均进行还原操作，最终恢复图像B的内容。
通过采用上述技术方法，可以将两张等尺寸位图相互叠加，还能在需要时进行图像逆向分离还原。
具体实施例，输入载体图像和隐藏图像一个颜色通道
图像包括3个颜色通道，分别为R、G、B通道。该步骤先处理R通道图像，分别为X和Y，见图2；
构建像素对：
这里图像A和图像B的R通道共有12个像素对，/>；/>。对于R分量的第一个像素对/>。
像素对的双向融合：
对于像素对，融合过程可以表示如下：
x向y的融合：
y向x的融合：
获取叠加像素：
像素对经过融合后双方低4比特等同于对方的高4比特，即变为/>，此时将双方的高4位比特叠加后，得到叠加像素。/>。
输出叠加图像：
重复步骤1-4，所有像素对完成融合与叠加后，即得到最终的叠加图像。
以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，输入载体图像和待隐藏图像；
步骤2，基于载体图像和待隐藏图像的相同颜色通道构建像素对；
步骤3，对于步骤2中构建的像素对进行双向融合；
对于像素对，融合过程表示如下：
x向y的融合：；
y向x的融合：；
基于融合函数进行融合，定义如下：
；
>>运算表示二进制的向右移位运算，运算表示二进制的按位与运算，/>用于计算高4比特对应的数值，取值为0，1，2，3，…，15，/>用于计算低4比特对应的数值，取值为0，1，2，3，…，15；
通过将a的低4比特向b的高4比特靠近；
步骤4，像素对叠加，在经过步骤3融合后的像素对中，将载体图像的融合像素的低4位比特信息替换为另一个像素的高4位比特信息，得到叠加像素；
步骤5，重复步骤1-4，所有像素对完成融合与叠加后，即得到最终的叠加图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，其特征在于：步骤1的方法是：准备与待隐藏图像等尺寸的图像作为载体图像，记为图像A，将待隐藏图像记为图像B。
3.根据权利要求2所述的一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，其特征在于：步骤2中构建像素对的方法是：从图像A中取一个颜色通道，图像B取对应颜色通道 />，/>和/>分别为X和Y中第i行第j列的像素数值，颜色通道X和Y中相同位置上像素构建成像素对，即像素对表示为/>。
4.根据权利要求3所述的一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，其特征在于：
在经过融合后的像素对中/>低4位比特信息替换为/>的高4位比特信息，按照二进制方式记为/>，即得到叠加像素。
5.根据权利要求4所述的一种基于像素双向融合的等尺寸图像叠加算法，其特征在于：叠加图像C的还原方法：将图像C的高低4比特进行位置互换得到图像B中一个通道的像素，即/>，/>；
对所有颜色通道均进行还原操作，最终恢复图像B的内容。
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