CN103152575A - 一种基于图像互补的信息隐藏方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像互补的信息隐藏方法，包括如下步骤：产生原始图像；产生与所述原始图像对应的互补图像；选择冗余图像并将原始图像、互补图像和冗余图像传输至显示设备，并同步控制开关眼镜的开关；开关眼镜过滤互补图像和冗余图像，从而观察到原始图像。本发明还公开了一种基于图像互补的信息隐藏系统。本发明可以很好地达到信息隐藏的目的。
Description
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种基于图像互补的信息隐藏方法和系统，更具体地说，将原始图像跟其互补图像在相邻两帧显示，并插入一些冗余信息帧，通过同步开关眼镜选择有用信息帧，过滤冗余信息，从而达到信息隐藏的目的。
背景技术
随着数字技术和信息化的快速发展，数字图像信息也成为一种重要的信息传输方式。大量数字化信息的传播极大地改变了人与人之间交流的手段，给人们的知识创新提供了前所未有的方便条件，与此同时，信息安全也成为人们日益关注的问题。为了提高信息在传输过程中的保密性，通常将有用的数字信息通过一定的方式进行隐藏，达到对数据保护的目的。目前基于图像的信息隐藏方法主要有空间域算法和变换域算法两种。其中空间域算法主要有最低有效位（LSB）算法、Patchwork算法、纹理映射编码算法、伪随机法等。变换域算法包括：离散余弦变换（DCT）、小波变换（DWT）、图像变形技术等。传统的数字水印是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支，广泛应用于数字图像、声音、文档、视频等需要保护的数字产品中。但是在某些应用场合，需要实时地显示图像信息，这些图像可能是文字、图片或者视频等一些私人的信息，而这些信息出于保护目的是不希望被别人看到的。例如在公共计算机或特定用途的终端机上显示的个人信息，是无法通过上述方法进行隐藏的。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于图像互补的信息隐藏方法和系统，将原始图像跟其互补图像在相邻两帧显示，并插入一些冗余信息帧，通过同步开关眼镜选择有用信息帧，过滤冗余信息，可以很好地达到信息隐藏的目的。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的第一种技术方案为一种基于图像互补的信息隐藏方法，包括如下步骤：
（1）产生原始图像；
（2）产生与所述原始图像对应的互补图像；
（3）选择冗余图像并将原始图像、互补图像和冗余图像传输至显示设备，并同步控制开关眼镜的开关；
（4）开关眼镜过滤互补图像和冗余图像，从而观察到原始图像。
本发明采用的第二种技术方案为一种基于图像互补的信息隐藏系统，包括：
显示设备，用于信息图像的显示与观测；
存储器，用于存储原始图像与冗余图像；
图像处理设备，用于根据原始图像计算产生相应的互补图像，并产生随机数用于选择冗余图像穿插于原始图像中；
中央控制核心，用于选择对应的原始图像、互补图像或冗余图像，将由原始图像、互补图像和冗余图像组成的图像信息流传输至所述显示设备，并同步控制开关眼镜的开关；
开关眼镜，其开关受中央控制核心的控制，用于过滤互补图像和冗余图像，从而观察到原始图像。
进一步的，所述显示设备具有高分辨率和高刷新率。由于人眼的视觉暂留时间约为0.05s-0.2s，视频帧率需要在一定频率以上，例如电影采用每秒24帧。本发明中，将互补图像、冗余图像穿插在原始图像中，显示设备的刷新率至少在200Hz以上。同时，显示设备采用高清显示设备，分辨率可以达到720p或1080p高清画面的显示。
进一步的，所述开关眼镜接收中央处理核心的开关控制码，过滤冗余信息帧，筛选有用信息帧。所述开关眼镜的开关速率不低于所述显示设备的刷新率。
进一步的，所述存储器具有高速和大容量的特点。所述存储器的存储容量不低于64GB，所述存储器的存储速度不低于50MB/s。
进一步的，所述中央处理核心从存储器中选择原始图像，或根据图像处理设备产生的随机数从存储器中选择对应的冗余图像。更进一步的，若选择的图像为原始图像，所述中央控制核心将原始图像传输至显示设备的同时，亦传送至图像处理设备以运算产生相应的互补图像，在原始图像显示的下一帧于显示设备上显示。
进一步的，所述中央处理核心为微控制单元。
进一步的，所述中央处理核心同步控制开关眼镜的开关：当图像为原始图像时，开关眼镜打开；当图像为互补图像或冗余图像时，开关眼镜关闭。
进一步的，所述互补图像为原始图像相对于全黑或全白图像的差值图像。
有益效果：本发明提出的一种基于图像互补的信息隐藏方法和系统，将原始图像跟其互补图像在相邻两帧显示，并插入一些冗余信息帧（即冗余图像），通过同步开关眼镜选择有用信息帧（即原始图像），过滤冗余信息，从而使得只有佩戴开关眼镜的人才能看到需要隐藏的图像信息（即原始图像），而其他人则无法看到，可以很好地达到信息隐藏的目的。
附图说明
图1为基于图像互补的信息隐藏系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
为应对公开图像信息隐藏的问题，本发明包括以下方面：
1. 使用高分辨率高刷新率的显示设备，用于信息图像的显示与观测；
2. 大容量高速存储设备，存储原始图像与具有一定意义的冗余图像；
3. 具有高速并行计算能力的中央控制核心，选择对应的原始图像、互补图像或冗余图像，将图像信息流传输至显示设备，并同步控制开关眼镜的通断；
4. 高速图像处理设备，根据原始图像计算产生相应的互补图像，并产生随机数用于选择冗余图像穿插于原始图像中；
5. 高速开关眼镜，过滤冗余信息帧，从而观察到隐藏的信息图像。
本发明中，优选地，所述显示设备采用高分辨率高刷新率的显示设备，可以是LED、LCD或等离子显示器，可以是2D或者3D立体显示设备。所述高速开关眼镜（简称“眼镜”）通过线缆接收中央控制核心的同步控制信息，确定眼镜的开关状态，过滤冗余信息帧（即“冗余图像”），读取有用的信息。当选择3D立体显示设备的时候，用户佩戴相应的立体观测眼镜即可满足要求。
所述大容量高速存储设备用于存储原始信息图像与具有一定意义的冗余信息图像，可以使用Flash Memory（闪存），其中包括CF闪存卡(Compact Flash Card)、SD卡(Secure Digital)或TF卡(即micro SD)。目前常见的闪存可以提供高达64G或者更高的存储容量和50MB/s的存储速度。而class 10级别的闪存可以支持全高清电视的录制和播放，UHS(Ultra High Speed)闪存则可以达到104MB/s的速率。
所述高速并行计算能力的中央控制核心，采用高速微控制单元(MCU, Micro Controller Unit)，从存储器中选择原始图像，或根据高速图像处理设备产生的随机数，从存储器中选择对应的冗余图像，传输至显示设备。在本发明中，若选择的图像为原始图像，中央控制核心将原始图像传输至显示设备的同时，亦传送至高速图像处理设备以运算产生相应的互补图像，在原始图像显示的下一帧于显示设备上显示。中央控制核心同步地控制开关眼镜的开关，当图像信息为原始图像时，开关眼镜打开；当图像信息为互补图像或冗余图像时，开关眼镜关闭。
所述高速图像处理设备，根据原始图像计算产生相应的互补图像，并产生随机数用于选择冗余图像穿插于原始图像中。本发明中，所述互补图像为原始图像相对于全黑或全白图像的差值图像，即原始图像与互补图像的叠加将产生一幅全黑或全白的不含任何有用信息的图像。
本发明所述互补图像的产生方法如下：
假设一幅8位色彩的灰度图像，分辨率为 
，对于每一个像素点，其灰度值可以分为256个等级，用0-255表示（0代表灰度值最小，即纯白色；255代表灰度值最大，即纯黑色）。对于某一个像素点，灰度值可以表示
 |
(1) |
而最大灰度值可表示为
。则互补图像的每一个像素点的灰度值可计算为：
 |
(2) |
另一种方法，可以将一幅
像素的灰度图像看作一个m行n列的二维矩阵
：
 |
(3) |
最大灰度值矩阵为：
 |
(4) |
所以互补图像矩阵为：
 |
(5) |
这里所描述的互补图像生成方法，不仅限于8位色彩的灰度图像，当图像为16位、24位或更高位数的灰度图像，同样适用。一般地，当图像色彩为x位数的灰度图像，图像灰度值可以分为
个等级，最大灰度值可表示为
。
更一般地，当所述图像为彩色图像时，可以将图像分解为红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色分量，对于每一个分量，可以应用上面的方法求解单独分量的互补图像，而原始彩色图像的互补图像即为三个分量的组合叠加。类似地，可以将彩色图像表示为一个三维矩阵
，其中
代表彩色图像的像素，“3”代表彩色图像可分为3个三原色分量。这时，最大灰度值矩阵为，其中每个元素的值都为最大灰度值h。所以彩色原始图像的互补图像为：
 |
(6) |
本发明中，通过随机数将原始图像、互补图像、冗余图像交织于一起，组成显示图像，原始图像只占显示图像的一小部分。显示图像具有较高的刷新率，同时，原始图像和互补图像在相邻的两帧显示。由于视觉暂留效应，在外界的观测装置采集帧率不高的条件下，观察到的图像将会是全黑或者全白的图像。优选地，冗余图像也具有一定的信息意义，本发明的方法可以有效地对抗高速摄像机的抓拍攻击。中央控制核心根据显示的图片类型同步控制开关眼镜，对于佩戴开关眼镜的用户来说，只会接收原始图像，互补图像和冗余图像将被过滤掉。
Claims (10)
1.一种基于图像互补的信息隐藏方法，包括如下步骤：
（1）产生原始图像；
（2）产生与所述原始图像对应的互补图像；
（3）选择冗余图像并将原始图像、互补图像和冗余图像传输至显示设备，并同步控制开关眼镜的开关；
（4）开关眼镜过滤互补图像和冗余图像，从而观察到原始图像。
2.一种基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：包括：
显示设备，用于信息图像的显示与观测；
存储器，用于存储原始图像与冗余图像；
图像处理设备，用于根据原始图像计算产生相应的互补图像，并产生随机数用于选择冗余图像穿插于原始图像中；
中央控制核心，用于选择对应的原始图像、互补图像或冗余图像，将由原始图像、互补图像和冗余图像组成的图像信息流传输至所述显示设备，并同步控制开关眼镜的开关；
开关眼镜，其开关受中央控制核心的控制，用于过滤互补图像和冗余图像，从而观察到原始图像。
3.根据权利要求1所述一种基于图像互补的信息隐藏方法或权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述显示设备具有高分辨率和高刷新率。
4.根据权利要求1所述一种基于图像互补的信息隐藏方法或权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述开关眼镜的开关速率不低于所述显示设备的刷新率。
5.根据权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述存储器的存储容量不低于64GB，所述存储器的存储速度不低于50MB/s。
6.根据权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述中央处理核心从存储器中选择原始图像，或根据图像处理设备产生的随机数从存储器中选择对应的冗余图像。
7.根据权利要求6所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：若选择的图像为原始图像，所述中央控制核心将原始图像传输至显示设备的同时，亦传送至图像处理设备以运算产生相应的互补图像，在原始图像显示的下一帧于显示设备上显示。
8.根据权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述中央处理核心为微控制单元。
9.根据权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述中央处理核心同步控制开关眼镜的开关：当图像为原始图像时，开关眼镜打开；当图像为互补图像或冗余图像时，开关眼镜关闭。
10.根据权利要求2所述基于图像互补的信息隐藏系统，其特征在于：所述互补图像为原始图像相对于全黑或全白图像的差值图像。
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