CN111275602B - 人脸图像安全保护方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人脸图像安全保护方法、系统及存储介质，所述方法包括：对视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割，将视频图像分割成背景区域和人脸区域；对每个块做DCT变换，记为

，k是图像块的索引序号；根据所述

所处区域确定对应的DCT系数；根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入。本发明在保证水印不可感知性的同时，可以通过提取的水印信息，达到确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。

Description

人脸图像安全保护方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种应用于视频监控的人脸图像安全保护方法、系统及存储介质。

背景技术

随着智能产业化和计算技术的不断发展，图像处理技术的提高，视频监控因其能提供实时监视，并对被监视的画面进行录像存储，以便事后回放而广泛应用于许多场合，尤其在安防系统中的重要性日益突出，成为技术安全防范最有力的手段。

在安防系统中会通过视频采集人脸图像，一旦人脸图像被获取后，会很容易被非法利用和传播。由于人脸是个人隐私的重要组成部分，因此，通过对人脸图像添加数字水印的方式，当人脸图像被非法利用和传播的时候，可以通过水印提取，实现确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。

针对上述问题，为了保证视频监控中的人脸图像安全，如何确定水印的嵌入方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种应用于视频监控的人脸图像安全保护方法、系统及存储介质，旨在实现在保证水印不可感知性的同时，可以通过提取的水印信息，达到确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。

为了达到上述目的，本发明提出一种人脸图像安全保护方法，所述方法包括以下步骤：

对视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割，将视频图像分割成背景区域和人脸区域；

对每个块做DCT变换，记为D^k，k是图像块的索引序号；

根据所述D^k所处区域确定对应的DCT系数；

根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入。

本发明进一步的技术方案是，所述根据所述D^k所处区域选择对应的DCT系数的步骤包括：

若所述D^k位于背景区域，则选择低频DCT系数对背景区域进行水印嵌入，其中，低频定义为：

f₁＝{1≤u+v≤4,0≤u,v≤7}；

若所述D^k位于人脸区域，则选择中低频DCT系数对人脸区域进行水印嵌入，其中，中低频定义为：

f₂＝{3≤u+v≤6,0≤u,v≤7}；

(u,v)是DCT系数所处的频率位置。

本发明进一步的技术方案是，所述根据确定的DCT系数对背景区域进行水印嵌入的步骤包括：

将低频f₁中14个频率位置处的DCT系数d＝{d₁,d₂,…,d₁₄}，按照映射{1,2,…,14}→{m₁,m₂,…,m₁₄}进行置乱，其中，m_i∈{1,2,…,14}，且每个m_i的值是不同的，分为两组，标记为：

根据要嵌入的水印比特w∈{0,1}，调节每个DCT系数，嵌入公式如下，

其中，

恒大于0，当嵌入比特是0时，让d₁₁中每个DCT系数减小，d₁₂中每个DCT系数增加，通过调节/>

使嵌入水印后两组的DCT系数和的差值小于等于0；当嵌入比特1时，让d₁₁中每个DCT系数增加，d₁₂中每个DCT系数减小，通过调节Δd_mi，使嵌入水印后两组的DCT系数和的差值大于0。

本发明进一步的技术方案是，所述根据确定的DCT系数对人脸区域进行水印嵌入的步骤包括：

将中低频f₂中的22个DCT系数d′＝{d′₁,d′₂,…,d′₂₂}，按照映射{1,2,…,22}→{n₁,n₂,…,n₂₂}进行置乱，其中，n_i∈{1,2,…,22}，且每个n_i的值是不同的，分为两组，分别记为：

根据嵌入的水印比特w∈{0,1}，调节

的值，通过修改DCT系数嵌入水印，嵌入公式如下，

当嵌入比特是0时，让d₂₁中每个DCT系数减小，d₂₂中每个DCT系数增加，通过调节

使两组的DCT系数和的差值小于等于0；当嵌入比特1时，让d₂₁中每个DCT系数增加，d₂₂中每个DCT系数减小，通过调节/>

使两组的DCT系数和的差值大于0。

本发明进一步的技术方案是，所述根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入的步骤之后还包括：

将所述视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割；

根据分割出的图像块所属区域确定嵌入水印的DCT系数；

根据对应的分组映射，计算两组DCT系数和的差值；

根据差值的符号确定嵌入的水印。

本发明进一步的技术方案是，所述水印包括人脸图像所有者信息或者logo、下载人脸图像的主机编号和时间。

为实现上述目的，本发明还提出一种人脸图像安全保护系统，所述系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的人脸图像安全保护程序，所述人脸图像安全保护程序被所述处理器运行时实现如上所述的方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有人脸图像安全保护程序，所述人脸图像安全保护程序被处理器运行时实现如上所述的方法的步骤。

本发明人脸图像安全保护方法、系统及存储介质的有益效果是：本发明通过上述技术方案，对视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割，将视频图像分割成背景区域和人脸区域，对每个块做DCT变换，记为D^k，k是图像块的索引序号，根据所述D^k所处区域确定对应的DCT系数，根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入，实现了在保证水印不可感知性的同时，可以通过提取的水印信息，达到确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。

附图说明

图1是本发明人脸图像安全保护方法第一实施例的流程示意图；

图2是本发明人脸图像安全保护方法水印嵌入和提取的整体框图；

图3是背景分割示意图；

图4是DCT块低频和中低频位置示意图；

图5时水印前后的人脸图像示意图。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1至图5，本发明提出一种人脸图像安全保护方法，图1是本发明人脸图像安全保护方法第一实施例的流程示意图，图2是本发明人脸图像安全保护方法水印嵌入和提取的整体框图，图3是背景分割示意图，图4是DCT块低频和中低频位置示意图，图5时水印前后的人脸图像示意图。

本发明人脸图像安全保护方法第一实施中，该人脸图像安全保护方法包括以下步骤：

步骤S10，对视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割，将视频图像分割成背景区域和人脸区域。

步骤S20，对每个块做DCT变换，记为D^k，k是图像块的索引序号。

步骤S30，根据所述D^k所处区域确定对应的DCT系数。

步骤S40，根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入，其中，所述水印包括人脸图像所有者信息或者logo、下载人脸图像的主机编号和时间。

当视频监控中的人脸图像被下载时，将人脸图像所有者信息，以及下载者的下载时间，主机编号等信息作为水印嵌入到人脸图像中，以便可以通过提取水印，实现确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。由于当前的图像主要为JPEG格式，为了保证水印的鲁棒性，本发明采用修改DCT系数的方式来实现人脸图像的水印嵌入。

本发明考虑到人脸图像中背景区域与人脸区域的特点，背景区域一般较平缓，所以背景区域和人脸区域采用不同频率的DCT系数做水印嵌入，因此在嵌入水印之前需要首先对图像进行背景分割。在背景分割完之后，基于水印的不可感知性，确定不同频率处DCT系数的水印嵌入强度，然后完成人脸图像的水印嵌入。

本发明首先对图像进行8*8的分块，以块为最小的单位对获得的人脸图像进行背景分割，将图像分割成背景区域和人脸区域(如果块中包含人脸部分则划分为人脸区域)，然后由于背景区域比较平缓，量化后DCT系数很小，所以对于背景区域选择低频DCT系数进行水印嵌入，人脸区域选择中低频DCT系数进行水印嵌入。

基于图1所示的第一实施例，本发明人脸图像安全保护方法提出第二实施例，本实施例与图1所示的第一实施例的区别在于，上述步骤S30，根据所述D^k所处区域选择对应的DCT系数的步骤包括：

若所述D^k位于背景区域，则选择低频DCT系数对背景区域进行水印嵌入，其中，低频定义为：

f₁＝{1≤u+v≤4,0≤u,v≤7}；

若所述D^k位于人脸区域，则选择中低频DCT系数对人脸区域进行水印嵌入，其中，中低频定义为：

f₂＝{3≤u+v≤6,0≤u,v≤7}；

(u,v)是DCT系数所处的频率位置。

对于背景区域和人脸区域，本发明借鉴patchwork的思想，将每个DCT块中要嵌入水印的DCT系数根据映射，随机分为2组，利用分组后的DCT系数统计信息嵌入水印比特，当嵌入水印比特为0时，让一组中的DCT系数减小，另一组的DCT系数增加，通过调节DCT系数的改变强度，使两组DCT系数和的差值小于等于0；当嵌入比特为1时，让一组中的DCT系数增加，另一组的DCT系数减小，通过调节DCT系数的改变强度，让两组DCT系数和的差值大于0。通过修改每个DCT块分组后的DCT系数统计特性嵌入水印，可以更好保证水印的隐蔽性以及安全性。其中DCT系数的改变强度可以通过频域的JND阈值乘以可调节因子确定。

基于图1所示的第一实施例，本发明人脸图像安全保护方法提出第三实施例，本实施例与图1所示的第一实施例的区别在于，上述步骤S40中，根据确定的DCT系数对背景区域进行水印嵌入的步骤包括：

将低频f₁中14个频率位置处的DCT系数d＝{d₁,d₂,…,d₁₄}，按照映射{1,2,…,14}→{m₁,m₂,…,m₁₄}进行置乱，其中，m_i∈{1,2,…,14}，且每个m_i的值是不同的，分为两组，标记为：

根据要嵌入的水印比特w∈{0,1}，调节每个DCT系数，嵌入公式如下，

其中，

恒大于0，当嵌入比特是0时，让d₁₁中每个DCT系数减小，d₁₂中每个DCT系数增加，通过调节/>

使嵌入水印后两组的DCT系数和的差值小于等于0；当嵌入比特1时，让d₁₁中每个DCT系数增加，d₁₂中每个DCT系数减小，通过调节/>

使嵌入水印后两组的DCT系数和的差值大于0。

上述步骤S40中，根据确定的DCT系数对人脸区域进行水印嵌入的步骤包括：

将中低频f₂中的22个DCT系数d′＝{d′₁,d′₂,…,d′₂₂}，按照映射{1,2,…,22}→{n₁,n₂,…,n₂₂}进行置乱，其中，n_i∈{1,2,…,22}，且每个n_i的值是不同的，分为两组，分别记为：

根据嵌入的水印比特w∈{0,1}，调节

的值，通过修改DCT系数嵌入水印，嵌入公式如下，

当嵌入比特是0时，让d₂₁中每个DCT系数减小，d₂₂中每个DCT系数增加，通过调节

使两组的DCT系数和的差值小于等于0；当嵌入比特1时，让d₂₁中每个DCT系数增加，d₂₂中每个DCT系数减小，通过调节/>

使两组的DCT系数和的差值大于0。

基于图1所示的第一实施例，本发明人脸图像安全保护方法提出第四实施例，本实施例与图1所示的第一实施例的区别在于，上述步骤S40,根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入的步骤之后还包括：

将所述视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割；

根据分割出的图像块所属区域确定嵌入水印的DCT系数；

根据对应的分组映射，计算两组DCT系数和的差值；

根据差值的符号确定嵌入的水印。

具体的，在提取水印信息时，首先将图像进行8*8的分块，然后进行背景分割，根据图像块所属的区域，确定嵌入水印的DCT系数，根据对应的分组映射，可以计算两组的DCT系数和的差值，根据差值的符合可以确定嵌入的水印信息，对于背景区域中的DCT块，若嵌入水印后两组的DCT系数和的差值

大于0，则w＝1，若/>

则w＝0，对于人脸区域中的DCT块，若嵌入水印后两组的DCT系数和的差值/>

大于0，则w＝1，若/>

则w＝0。嵌入水印的信息可以是所有者信息或者logo，下载者的下载时间，主机编号，所以提取出水印信息后便可达到确定所有权和追踪图像泄露源头的目的。

为了有效的说明本发明的性能，下面结合图5对人脸图像安全保护方法实验结果进行展示和分析，以此证明本发明人脸图像安全保护方法具有优良的性能。

如图5所示，分别是水印前后的人脸图像示意图，图像大小为512*512，共有4096个块，可以嵌入4096个比特，能够准确的提取出水印信息。嵌入的水印信息可以由包含所有者信息或者logo的二值序列，以及表示从人脸图像数据库中下载图片的主机编号，下载时间的二值序列构成，通过本发明人脸图像安全保护方法，将水印信息嵌入到人脸图像中，从水印后的图像可以看出，本发明提出的人脸图像安全保护方法，在保证水印不可感知性的同时，可以通过提取的水印信息(所有者信息或者logo以及下载图像的主机编号和时间)，达到确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。

本发明人脸图像安全保护方法的有益效果是：本发明通过上述技术方案，对视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割，将视频图像分割成背景区域和人脸区域，对每个块做DCT变换，记为D^k，k是图像块的索引序号，根据所述D^k所处区域确定对应的DCT系数，根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入，实现了在保证水印不可感知性的同时，可以通过提取的水印信息，达到确定所有权，以及追踪图像泄露源头的目的。

为实现上述目的，本发明还提出一种人脸图像安全保护系统，所述系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的人脸图像安全保护程序，所述人脸图像安全保护程序被所述处理器运行时实现如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。

为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有人脸图像安全保护程序，所述人脸图像安全保护程序被处理器运行时实现如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种人脸图像安全保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割，将视频图像分割成背景区域和人脸区域；

对每个块做DCT变换，记为D^k，k是图像块的索引序号；

根据所述D^k所处区域确定对应的DCT系数；

根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入；

所述根据所述D^k所处区域选择对应的DCT系数的步骤包括：

若所述D^k位于背景区域，则选择低频DCT系数对背景区域进行水印嵌入，其中，低频定义为：

f₁＝{1≤u+v≤4，0≤u，v≤7}；

若所述D^k位于人脸区域，则选择中低频DCT系数对人脸区域进行水印嵌入，其中，中低频定义为：

f₂＝{3≤u+v≤6，0≤u，v≤7}；

(u，v)是DCT系数所处的频率位置；

所述根据确定的DCT系数对背景区域进行水印嵌入的步骤包括：

将低频f₁中14个频率位置处的DCT系数d＝{d₁，d₂，...，d₁₄}，按照映射{1，2，...，14}→{m₁,m₂,...，m_1,4}进行置乱，其中，m_i∈{1，2，...，14}，且每个m_i的值是不同的，分为两组，标记为：

根据要嵌入的水印比特w∈{0，1}，调节每个DCT系数，嵌入公式如下，

其中，

恒大于0，当要嵌入的水印比特w是0时，让d₁₁中每个DCT系数减小，d₁₂中每个DCT系数增加，通过调节/>

使嵌入水印后两组的DCT系数和的差值小于等于0；当要嵌入的水印比特w是1时，让d₁₁中每个DCT系数增加，d₁₂中每个DCT系数减小，通过调节/>

使嵌入水印后两组的DCT系数和的差值大于0；

所述根据确定的DCT系数对人脸区域进行水印嵌入的步骤包括：

将中低频f₂中的22个DCT系数d′＝{d′₁，d′₂，...，d′₂₂}，按照映射{1，2，...，22}→{n₁，n₂，...，n₂₂}进行置乱，其中，n_i∈{1，2,...22}，且每个n_i的值是不同的，分为两组，分别记为：

根据嵌入的水印比特w∈{0，1}，调节

的值，通过修改DCT系数嵌入水印，嵌入公式如下，

当要嵌入的水印比特w是0时，让d₂₁中每个DCT系数减小，d₂₂中每个DCT系数增加，通过调节

使两组的DCT系数和的差值小于等于0；当要嵌入的水印比特w是1时，让d₂₁中每个DCT系数增加，d₂₂中每个DCT系数减小，通过调节/>

使两组的DCT系数和的差值大于0。

2.根据权利要求1所述的人脸图像安全保护方法，其特征在于，所述根据确定的DCT系数对背景区域和/或人脸区域进行水印嵌入的步骤之后还包括：

将所述视频图像进行8*8分块，以块为单位对视频图像进行背景分割；

根据分割出的图像块所属区域确定嵌入水印的DCT系数；

根据对应的分组映射，计算两组DCT系数和的差值；

根据差值的符号确定嵌入的水印。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的人脸图像安全保护方法，其特征在于，所述水印包括人脸图像所有者信息、下载人脸图像的主机编号和时间。

4.一种人脸图像安全保护系统，其特征在于，所述系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的人脸图像安全保护程序，所述人脸图像安全保护程序被所述处理器运行时实现如权利要求1-3任意一项所述的方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有人脸图像安全保护程序，所述人脸图像安全保护程序被处理器运行时实现如权利要求1-3任一项所述的方法的步骤。

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