CN107862646B - 一种高动态范围图像信息隐藏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高动态范围图像信息隐藏方法，其在隐秘信息嵌入中，获取原始高动态范围图像中的每个像素点的三个通道值；然后根据每个像素点的每个通道值及对应的5位指数位，确定每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置；再在每个像素点的每个通道值中嵌入信息，得到嵌有隐秘信息的高动态范围图像；在隐秘信息提取中，获取嵌有隐秘信息的高动态范围图像中的每个像素点的三个通道值；然后得到每个像素点的每个嵌有信息的通道值中信息的嵌入位置；再从每个像素点的每个嵌有信息的通道值中提取出信息，提取得到隐秘信息序列；优点是能够在OpenEXR格式的高动态范围图像中嵌入隐秘信息，当嵌入率为30位每像素时嵌入隐秘信息的图像仍能高度保真。

Description

一种高动态范围图像信息隐藏方法
技术领域
本发明涉及一种图像信息隐藏技术，尤其是涉及一种高动态范围图像信息隐藏方法。
背景技术
在图像处理领域，动态范围是指一幅数字图像中最大和最小光度比值的对数。现实场景的动态范围达9个数量级，但现有的低动态范围(Low dynamic range，LDR)图像采用8bits/color/pixel来存储数据，丢失了部分场景信息。高动态范围(High dynamic range，HDR)成像技术弥补了这个不足，其利用浮点型数据精确地展示了现实场景的亮度范围，在数码摄影、超高清电影与电视、视频游戏、遥感探测和医学成像等各方面日益受到了关注和使用。
信息隐藏是使用数字媒体来隐藏重要信息的方法。近些年来，低动态范围图像的信息隐藏技术发展迅速，但在高动态范围图像上的研究才刚刚起步。现有的高动态范围图像信息隐藏算法可分为两大类，第一类以牺牲图像质量换取较高的嵌入率，现有的顶尖算法的嵌入率也仅高于5位每像素(5bpps)；第二类可以实现信息的无损嵌入，但嵌入率低于0.2位每像素(0.2bpp)。因此，有必要研究一种能够实现嵌入率和图像质量之间的平衡的高动态范围图像信息隐藏方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高容量高保真的高动态范围图像信息隐藏方法，其能够在OpenEXR格式的高动态范围图像中嵌入隐秘信息，当嵌入率为30位每像素时，嵌入隐秘信息的图像仍能高度保真。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高动态范围图像信息隐藏方法，其特征在于包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分；
所述的隐秘信息嵌入部分的具体过程为：
①_1、将待嵌入隐秘信息的OpenEXR格式的原始高动态范围图像记为Iorg，其中，Iorg的高度为R，Iorg的宽度为C；
将用于嵌入的原始隐秘信息序列记为W，W中的每个信息的值为0至9中的一个整数；然后采用加密算法对W进行加密，得到加密后的隐秘信息序列，记为Whide，并将加密算法作为秘钥Key1；其中，W的长度等于R×C×3；
①_2、按照OpenEXR格式数值转换公式，获取Iorg中的每个像素点的三个通道值，将Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值记为Vi(x,y)，
Figure BDA0001420102220000021
其中，1≤x≤R，1≤y≤C，i的值为1或2或3，第1个通道值为R通道值，第2个通道值为G通道值，第3个通道值为B通道值，Si(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的1位符号位，Ei(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的5位指数位，Mi(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的10位小数位；
①_3、根据Iorg中的每个像素点的每个通道值及对应的5位指数位，确定Iorg中的每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置，将Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值中待嵌入信息的有效位置记为ESBi(x,y)；然后将Iorg中的每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置作为秘钥Key2；
①_4、在Iorg中的每个像素点的每个通道值中嵌入信息，在Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值Vi(x,y)中嵌入信息的具体过程为：
①_4a、将Vi(x,y)中待嵌入信息的第ESBi(x,y)位有效位置的数值记为
Figure BDA0001420102220000022
并且设定Whide中当前用于嵌入的信息为Whide中的第j个信息，记为Dhide(j)；其中，
Figure BDA0001420102220000031
j的初始值为1，1≤j≤J，J表示W的长度，Dhide(j)∈[0,9]；
①_4b、判断
Figure BDA0001420102220000032
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则保持Vi(x,y)不变，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则对Vi(x,y)进行修正以完成Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入，具体为：(1)令Vi,new(x,y)＝Vi(x,y)+N×SLi(x,y)，然后执行步骤(2)；(2)根据Vi,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)对应的5位指数位，记为Ei,new(x,y)；然后采用与步骤①_3相同的方式，根据Vi,new(x,y)及Ei,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)中待嵌入信息的有效位置，记为ESBi,new(x,y)；接着判断Vi,new(x,y)中待嵌入信息的第ESBi,new(x,y)位有效位置的数值
Figure BDA0001420102220000033
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则令Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则执行步骤(3)；(3)令Vi,new(x,y)＝Vi(x,y)-N×SLi(x,y)，然后执行步骤(4)；(4)根据Vi,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)对应的5位指数位，记为Ei,new(x,y)；然后采用与步骤①_3相同的方式，根据Vi,new(x,y)及Ei,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)中待嵌入信息的有效位置，记为ESBi,new(x,y)；接着判断Vi,new(x,y)中待嵌入信息的第ESBi,new(x,y)位有效位置的数值
Figure BDA0001420102220000034
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则令Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则执行步骤(5)；(5)令N＝N+1，然后返回步骤(1)继续执行；其中，Vi,new(x,y)为引入的中间变量，N为整数，N的初始值为1，SLi(x,y)为Ei(x,y)对应的步长，
Figure BDA0001420102220000035
Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)和N＝N+1中的“＝”为赋值符号；
①_5、按照OpenEXR格式数值转换公式，对Iorg中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值进行存储，得到嵌入有隐秘信息的高动态范围图像；
所述的隐秘信息提取部分的具体过程为：
②_1、将嵌入有隐秘信息的高动态范围图像记为Istego，其中，Istego的高度为R，Istego的宽度为C；
②_2、按照OpenEXR格式数值转换公式，获取Istego中的每个像素点的三个嵌入有信息的通道值，将Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的嵌入有信息的第i个通道值记为Vi'(x,y)，
Figure BDA0001420102220000041
其中，1≤x≤R，1≤y≤C，i的值为1或2或3，第1个通道值为R通道值，第2个通道值为G通道值，第3个通道值为B通道值，Si'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的1位符号位，Ei'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的5位指数位，Mi'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的10位小数位；
②_3、根据秘钥Key2，得到Istego中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值中信息的嵌入位置，将Vi'(x,y)中信息的嵌入位置记为ESBi'(x,y)；
②_4、从Istego中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值中提取出信息，从Vi'(x,y)中提取出信息的具体过程为：将Vi'(x,y)中的第ESBi'(x,y)位嵌入位置的数值记为
Figure BDA0001420102220000042
然后将
Figure BDA0001420102220000043
作为从Vi'(x,y)中提取出的信息，记为Dex(u)；其中，
Figure BDA0001420102220000044
u的初始值为1，u的步长为1，Dex(u)∈[0,9]；
②_5、将从Istego中的所有像素点的所有嵌入有信息的通道值中提取出的信息构成的序列记为Wex；然后根据秘钥Key1对Wex进行解密，得到解密后的隐秘信息序列，记为W*。
所述的步骤①_1中，加密算法为Aronld变换或混沌变换，采用Aronld变换或混沌变换对W进行置乱。
所述的步骤①_3中，若
Figure BDA0001420102220000051
且Ei(x,y)∈[0,19]，则确定ESBi(x,y)＝5；若Vi(x,y)∈[25,26)且Ei(x,y)＝20，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[26,102)且Ei(x,y)＝21，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[102,27)且Ei(x,y)＝21，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[27,28)且Ei(x,y)＝22，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[28,29)且Ei(x,y)＝23，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[29,103)且Ei(x,y)＝24，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[103,210)且Ei(x,y)＝24，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[210,211)且Ei(x,y)＝25，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[211,212)且Ei(x,y)＝26，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[212,213)且Ei(x,y)＝27，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[213,104)且Ei(x,y)＝28，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[104,214)且Ei(x,y)＝28，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[214,215)且Ei(x,y)＝29，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[215,65504]且Ei(x,y)＝30，则确定ESBi(x,y)＝4。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明方法的嵌入率和图像保真度高，在OpenEXR格式的高动态范围图像中，隐秘信息嵌入率为30bpps时，嵌入隐秘信息后的高动态范围图像的图像保真度高、图像质量波动性小，能较好地符合人眼视觉特性。
2)本发明方法采用隐秘信息和载体图像嵌入位置双层加密，可以有效地增强安全性，且加密过程复杂度低，具有良好的实用性。
3)本发明方法利用OpenEXR格式数据及其浮点数据之间的转换关系，修改合适的浮点数有效位进行隐秘信息嵌入，复杂度低，运算速度快，具有优异的性能和普遍的实用性。
附图说明
图1为本发明方法的隐秘信息嵌入部分的流程框图；
图2为本发明方法的隐秘信息提取部分的流程框图；
图3为7幅嵌入有隐秘信息的高动态范围图像相对于原始高动态范围图像的图像质量值，及嵌入有隐秘信息的高动态范围图像色调映射后的低动态范围图像相对于原始高动态范围图像色调映射后的低动态范围图像的图像质量值的示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种高动态范围图像信息隐藏方法，其包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分。
所述的隐秘信息嵌入部分的流程框图如图1所示，其具体过程为：
①_1、将待嵌入隐秘信息的OpenEXR格式的原始高动态范围图像记为Iorg，其中，Iorg的高度为R，Iorg的宽度为C。
将用于嵌入的原始隐秘信息序列记为W，W中的每个信息的值为0至9中的一个整数；然后采用加密算法对W进行加密，得到加密后的隐秘信息序列，记为Whide，并将加密算法作为秘钥Key1；其中，W的长度等于R×C×3。
在本实施例中，步骤①_1中，加密算法为Aronld变换或混沌变换，采用Aronld变换或混沌变换对W进行置乱。
①_2、按照OpenEXR格式数值转换公式，获取Iorg中的每个像素点的三个通道值，将Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值记为Vi(x,y)，
Figure BDA0001420102220000061
其中，1≤x≤R，1≤y≤C，i的值为1或2或3，第1个通道值为R通道值，第2个通道值为G通道值，第3个通道值为B通道值，Si(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的1位符号位，Ei(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的5位指数位，Mi(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的10位小数位。
①_3、根据Iorg中的每个像素点的每个通道值及对应的5位指数位，确定Iorg中的每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置，将Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值中待嵌入信息的有效位置(Embedding significance bit，ESB)记为ESBi(x,y)；然后将Iorg中的每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置作为秘钥Key2。
在本实施例中，步骤①_3中，若
Figure BDA0001420102220000071
且Ei(x,y)∈[0,19]，则确定ESBi(x,y)＝5；若Vi(x,y)∈[25,26)且Ei(x,y)＝20，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[26,102)且Ei(x,y)＝21，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[102,27)且Ei(x,y)＝21，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[27,28)且Ei(x,y)＝22，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[28,29)且Ei(x,y)＝23，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[29,103)且Ei(x,y)＝24，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[103,210)且Ei(x,y)＝24，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[210,211)且Ei(x,y)＝25，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[211,212)且Ei(x,y)＝26，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[212,213)且Ei(x,y)＝27，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[213,104)且Ei(x,y)＝28，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[104,214)且Ei(x,y)＝28，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[214,215)且Ei(x,y)＝29，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[215,65504]且Ei(x,y)＝30，则确定ESBi(x,y)＝4。
①_4、在Iorg中的每个像素点的每个通道值中嵌入信息，在Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值Vi(x,y)中嵌入信息的具体过程为：
①_4a、将Vi(x,y)中待嵌入信息的第ESBi(x,y)位有效位置的数值记为DESBi(x,y)；并且设定Whide中当前用于嵌入的信息为Whide中的第j个信息，记为Dhide(j)；其中，
Figure BDA0001420102220000081
j的初始值为1，1≤j≤J，J表示W的长度，Dhide(j)∈[0,9]。
①_4b、判断
Figure BDA0001420102220000082
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则保持Vi(x,y)不变，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则对Vi(x,y)进行修正以完成Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入，具体为：(1)令Vi,new(x,y)＝Vi(x,y)+N×SLi(x,y)，然后执行步骤(2)；(2)根据Vi,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)对应的5位指数位，记为Ei,new(x,y)；然后采用与步骤①_3相同的方式，根据Vi,new(x,y)及Ei,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)中待嵌入信息的有效位置，记为ESBi,new(x,y)；接着判断Vi,new(x,y)中待嵌入信息的第ESBi,new(x,y)位有效位置的数值
Figure BDA0001420102220000083
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则令Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则执行步骤(3)；(3)令Vi,new(x,y)＝Vi(x,y)-N×SLi(x,y)，然后执行步骤(4)；(4)根据Vi,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)对应的5位指数位，记为Ei,new(x,y)；然后采用与步骤①_3相同的方式，根据Vi,new(x,y)及Ei,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)中待嵌入信息的有效位置，记为ESBi,new(x,y)；接着判断Vi,new(x,y)中待嵌入信息的第ESBi,new(x,y)位有效位置的数值
Figure BDA0001420102220000084
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则令Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则执行步骤(5)；(5)令N＝N+1，然后返回步骤(1)继续执行；其中，Vi,new(x,y)为引入的中间变量，N为整数，N的初始值为1，SLi(x,y)为Ei(x,y)对应的步长，
Figure BDA0001420102220000085
Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)和N＝N+1中的“＝”为赋值符号。
①_5、按照OpenEXR格式数值转换公式，对Iorg中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值进行存储，得到嵌入有隐秘信息的高动态范围图像。
所述的隐秘信息提取部分的流程框图如图2所示，其具体过程为：
②_1、将嵌入有隐秘信息的高动态范围图像记为Istego，其中，Istego的高度为R，Istego的宽度为C。
②_2、按照OpenEXR格式数值转换公式，获取Istego中的每个像素点的三个嵌入有信息的通道值，将Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的嵌入有信息的第i个通道值记为Vi'(x,y)，
Figure BDA0001420102220000091
其中，1≤x≤R，1≤y≤C，i的值为1或2或3，第1个通道值为R通道值，第2个通道值为G通道值，第3个通道值为B通道值，Si'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的1位符号位，Ei'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的5位指数位，Mi'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的10位小数位。
②_3、根据秘钥Key2，得到Istego中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值中信息的嵌入位置，将Vi'(x,y)中信息的嵌入位置记为ESBi'(x,y)。
②_4、从Istego中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值中提取出信息，从Vi'(x,y)中提取出信息的具体过程为：将Vi'(x,y)中的第ESBi'(x,y)位嵌入位置的数值记为
Figure BDA0001420102220000092
然后将
Figure BDA0001420102220000093
作为从Vi'(x,y)中提取出的信息，记为Dex(u)；其中，
Figure BDA0001420102220000094
u的初始值为1，u的步长为1，Dex(u)∈[0,9]。
②_5、将从Istego中的所有像素点的所有嵌入有信息的通道值中提取出的信息构成的序列记为Wex；然后根据秘钥Key1对Wex进行解密，得到解密后的隐秘信息序列，记为W*。
为了进一步说明本发明方法的可行性和有效性，对本发明方法进行测试。
在本实施例中，选取公开的高动态范围图像库MaxPlanck Institut informatik进行测试，其网址为http://resources.mpi-inf.mpg.de/hdr/gallery.html，共计7幅高动态范围图像，具体信息如表1所列。
表1高动态范围图像的测试数据信息
Figure BDA0001420102220000101
对上述7幅高动态范围图像，按本发明方法的隐秘信息嵌入过程嵌入隐秘信息，并按本发明方法的隐秘信息提取过程提取出隐秘信息；然后采用现有的HDR-VDP-2方法(参考文献为：M.Narwaria,R.K.Mantiuk,M.P.D.Silva,P.L.Callet."HDR-VDP-2.2:ACalibrated Method for Objective Quality Prediction of High Dynamic Range andStandard Images".In Journal of Electronic Imaging,24(1),2015.(Narwaria、Mantiuk等人，HDR-VDP-2.2:一种高动态范围图像和标准图像的客观质量预测基准方法，电子成像期刊，24(1),2015))，来评价嵌入有隐秘信息的高动态范围图像相对于原始高动态范围图像的图像质量值；并采用PSNR方法，来评价嵌入有隐秘信息的高动态范围图像色调映射后的低动态范围图像相对于原始高动态范围图像色调映射后的低动态范围图像的图像质量值，即对隐秘信息隐藏后图像保真度的评价；将采用HDR-VDP-2方法得到的图像质量值记为Qvdp，Qvdp∈[0,100]，其值越大，表明图像保真度越高；将采用PSNR方法得到的图像质量值记为PSNR。
图3给出了上述7幅高动态范围图像对应的Qvdp和PSNR的值，从图3中的数据可知，当隐秘信息的嵌入率为30bpps时，Qvdp＞91.61，PSNR＞45.67，具有很高的图像保真度。图3中Image表示高动态范围图像。
由于高动态范围图像中的像素点的通道的相同的5位指数位对应的嵌入信息的有效位置可以有多种选择，因此在实际应用中，本发明方法采用的嵌入信息的有效位置及相关数据如表2所列。表2中的Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的最大像素韦伯比(Max Pixel-level Weber Ratio，MPWR)(或最大像素失真率)的值MPWRi(x,y)可通过
Figure BDA0001420102220000111
得到，其中，T表示最大迭代次数，T可依据Ei(x,y)和ESBi(x,y)得到，PVi,min表示Vi(x,y)所属的数值范围的最小值，PVi,min可依据Ei(x,y)得到。从表2所列数据可知，Vi(x,y)所属的数值范围不同时MPWRi(x,y)也随之波动，但均小于0.04，意味着本发明方法具有图像保真度高、图像质量波动性小的优点。
表2本发明方法嵌入信息的有效位置和最大像素韦伯比的相关数据
Figure BDA0001420102220000121
Y.Cheng,C.Wang,"A novel approach to steganography in high dynamicrange images",IEEE Multimedia,16(3),pp.70-80,2009.(Cheng，Wang，一种新型的高动态范围图像信息隐藏方法，IEEE多媒体技术16(3)，70-80，2009)、M.Li,N.Huang,C.Wang,"Adata hiding scheme for HDR images",Int.J.Innovative Comput.Inf.Control,7(5),pp.2021-2035,2011.(Li，Huang等人，一种高动态范围图像信息隐藏方案，国际创新计算信息与控制杂志7(5)，2021-2035，2011)、Y.Lin,C.Wang,W.Chen,F.Lin,W.Lin,"A noveldata hiding algorithm for high dynamic range images",IEEE Trans.Multimedia,19(1),pp.196-211,2017.(Lin，Wang等人，一种新型的高动态范围图像信息隐藏算法，IEEE多媒体技术汇刊19(1)，196-211，2017)是现有的高动态范围图像信息隐藏的顶尖算法，在此对现有的这三种顶尖算法和本发明方法分别在嵌入率和图像保真度上进行对比。对比数据如表3所列，从表3所列数据可见，本发明方法的嵌入率、嵌入隐秘信息后的高动态范围图像的保真度以及图像质量的波动性优于上述三种顶尖算法，表现出了优异的性能和普遍的实用性。
表3本发明方法与上述三种信息隐藏的顶尖算法在综合性能上的对比
第一种方法 第二种方法 第三种方法 本发明方法
高动态范围图像的格式 RGBE LogLuv OpenEXR OpenEXR
嵌入率(bpp) 5.04～9.70 26 2.43～20.00 30
Q<sub>vdp</sub> 32.27～54.74 32.80～33.61 63.01～100 91.61～100
PSNR(dB) 32.44～32.90 30.47～37.00 45.12～82.32 45.67～47.42
本实施例仅给出了高动态范围图像满嵌的实例，即高动态范围图像中的每个像素点的每个通道道嵌入一个信息，共嵌入了R×C×3。在实际处理过程中，也可以不满嵌，如只在高动态范围图像的某一个通道或某两个通道的每个像素点中嵌入信息，这样嵌入的信息个数小于R×C×3。

Claims (3)

1.一种高动态范围图像信息隐藏方法，其特征在于包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分；
所述的隐秘信息嵌入部分的具体过程为：
①_1、将待嵌入隐秘信息的OpenEXR格式的原始高动态范围图像记为Iorg，其中，Iorg的高度为R，Iorg的宽度为C；
将用于嵌入的原始隐秘信息序列记为W，W中的每个信息的值为0至9中的一个整数；然后采用加密算法对W进行加密，得到加密后的隐秘信息序列，记为Whide，并将加密算法作为秘钥Key1；其中，W的长度等于R×C×3；
①_2、按照OpenEXR格式数值转换公式，获取Iorg中的每个像素点的三个通道值，将Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值记为Vi(x,y)，
Figure FDA0001420102210000011
其中，1≤x≤R，1≤y≤C，i的值为1或2或3，第1个通道值为R通道值，第2个通道值为G通道值，第3个通道值为B通道值，Si(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的1位符号位，Ei(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的5位指数位，Mi(x,y)表示Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的10位小数位；
①_3、根据Iorg中的每个像素点的每个通道值及对应的5位指数位，确定Iorg中的每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置，将Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值中待嵌入信息的有效位置记为ESBi(x,y)；然后将Iorg中的每个像素点的每个通道值中待嵌入信息的有效位置作为秘钥Key2；
①_4、在Iorg中的每个像素点的每个通道值中嵌入信息，在Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值Vi(x,y)中嵌入信息的具体过程为：
①_4a、将Vi(x,y)中待嵌入信息的第ESBi(x,y)位有效位置的数值记为
Figure FDA0001420102210000021
并且设定Whide中当前用于嵌入的信息为Whide中的第j个信息，记为Dhide(j)；其中，
Figure FDA0001420102210000022
j的初始值为1，1≤j≤J，J表示W的长度，Dhide(j)∈[0,9]；
①_4b、判断
Figure FDA0001420102210000023
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则保持Vi(x,y)不变，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则对Vi(x,y)进行修正以完成Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入，具体为：(1)令Vi,new(x,y)＝Vi(x,y)+N×SLi(x,y)，然后执行步骤(2)；(2)根据Vi,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)对应的5位指数位，记为Ei,new(x,y)；然后采用与步骤①_3相同的方式，根据Vi,new(x,y)及Ei,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)中待嵌入信息的有效位置，记为ESBi,new(x,y)；接着判断Vi,new(x,y)中待嵌入信息的第ESBi,new(x,y)位有效位置的数值
Figure FDA0001420102210000024
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则令Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则执行步骤(3)；(3)令Vi,new(x,y)＝Vi(x,y)-N×SLi(x,y)，然后执行步骤(4)；(4)根据Vi,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)对应的5位指数位，记为Ei,new(x,y)；然后采用与步骤①_3相同的方式，根据Vi,new(x,y)及Ei,new(x,y)，确定Vi,new(x,y)中待嵌入信息的有效位置，记为ESBi,new(x,y)；接着判断Vi,new(x,y)中待嵌入信息的第ESBi,new(x,y)位有效位置的数值
Figure FDA0001420102210000025
与Dhide(j)是否相等，如果两者相等，则令Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)，至此完成了Iorg中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道值的信息嵌入；如果两者不相等，则执行步骤(5)；(5)令N＝N+1，然后返回步骤(1)继续执行；其中，Vi,new(x,y)为引入的中间变量，N为整数，N的初始值为1，SLi(x,y)为Ei(x,y)对应的步长，
Figure FDA0001420102210000032
Vi(x,y)＝Vi,new(x,y)和N＝N+1中的“＝”为赋值符号；
①_5、按照OpenEXR格式数值转换公式，对Iorg中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值进行存储，得到嵌入有隐秘信息的高动态范围图像；
所述的隐秘信息提取部分的具体过程为：
②_1、将嵌入有隐秘信息的高动态范围图像记为Istego，其中，Istego的高度为R，Istego的宽度为C；
②_2、按照OpenEXR格式数值转换公式，获取Istego中的每个像素点的三个嵌入有信息的通道值，将Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的嵌入有信息的第i个通道值记为Vi'(x,y)，
Figure FDA0001420102210000031
其中，1≤x≤R，1≤y≤C，i的值为1或2或3，第1个通道值为R通道值，第2个通道值为G通道值，第3个通道值为B通道值，Si'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的1位符号位，Ei'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的5位指数位，Mi'(x,y)表示Istego中坐标位置为(x,y)的像素点的第i个通道的10位小数位；
②_3、根据秘钥Key2，得到Istego中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值中信息的嵌入位置，将Vi'(x,y)中信息的嵌入位置记为ESBi'(x,y)；
②_4、从Istego中的每个像素点的每个嵌入有信息的通道值中提取出信息，从Vi'(x,y)中提取出信息的具体过程为：将Vi'(x,y)中的第ESBi'(x,y)位嵌入位置的数值记为
Figure FDA0001420102210000033
然后将
Figure FDA0001420102210000034
作为从Vi'(x,y)中提取出的信息，记为Dex(u)；其中，
Figure FDA0001420102210000035
u的初始值为1，u的步长为1，Dex(u)∈[0,9]；
②_5、将从Istego中的所有像素点的所有嵌入有信息的通道值中提取出的信息构成的序列记为Wex；然后根据秘钥Key1对Wex进行解密，得到解密后的隐秘信息序列，记为W*。
2.根据权利要求1所述的一种高动态范围图像信息隐藏方法，其特征在于所述的步骤①_1中，加密算法为Aronld变换或混沌变换，采用Aronld变换或混沌变换对W进行置乱。
3.根据权利要求1或2所述的一种高动态范围图像信息隐藏方法，其特征在于所述的步骤①_3中，若
Figure FDA0001420102210000041
且Ei(x,y)∈[0,19]，则确定ESBi(x,y)＝5；若Vi(x,y)∈[25,26)且Ei(x,y)＝20，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[26,102)且Ei(x,y)＝21，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[102,27)且Ei(x,y)＝21，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[27,28)且Ei(x,y)＝22，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[28,29)且Ei(x,y)＝23，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[29,103)且Ei(x,y)＝24，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[103,210)且Ei(x,y)＝24，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[210,211)且Ei(x,y)＝25，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[211,212)且Ei(x,y)＝26，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[212,213)且Ei(x,y)＝27，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[213,104)且Ei(x,y)＝28，则确定ESBi(x,y)＝3；若Vi(x,y)∈[104,214)且Ei(x,y)＝28，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[214,215)且Ei(x,y)＝29，则确定ESBi(x,y)＝4；若Vi(x,y)∈[215,65504]且Ei(x,y)＝30，则确定ESBi(x,y)＝4。
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