CN113961886B - 一种高光谱图像可逆信息隐藏方法及系统 - Google Patents

一种高光谱图像可逆信息隐藏方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高光谱图像可逆信息隐藏方法及系统，所述方法包括以下步骤：对预选取的载体图像进行防上溢/下溢操作，并记录用于载体图像恢复的位置图信息；将处理后的载体图像进行不重叠的分块，获得多个像素块；并设定复杂度阈值；依次将每个像素块中的像素排序，得到每个块的待预测的像素；计算待预测像素的复杂度，根据复杂度与复杂度阈值的关系，依次指导每个像素的嵌入操作；将解码所需的辅助信息嵌入图像中。本发明可提高基于预测的可逆信息隐藏算法的嵌入性能，并通过实验验证了该方法的有效性。

Description

一种高光谱图像可逆信息隐藏方法及系统
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，涉及基于空域的可逆信息隐藏领域，特别涉及一种高光谱图像可逆信息隐藏方法及系统。
背景技术
可逆信息隐藏算法是一种新兴的信息安全技术，它可以将秘密信息隐藏进可公开的载体图像之中，既隐藏了秘密信息又隐藏了秘密信息的存在；接收者可以无损地恢复出原本的载体图像，因此该技术在军事、航天、金融、医疗等对载体图像有高质量要求的领域被广泛使用。
可逆信息隐藏算法追求的两个主要指标是嵌入容量与载体失真。嵌入容量指的是能够隐藏在一张载体图像中的秘密信息的总量，载体失真指的是载体图像嵌入秘密信息前后的图像质量上的损失。有研究者提出过将秘密信息隐藏在每两个相邻像素值的差值之中，但是这样的做法导致嵌入信息前后图像的内容变化较大，造成较大的载体失真。为了减小载体失真，有研究者提出了将秘密信息隐藏在载体图像灰度直方图中数量最多的像素值当中，可以有效地减小载体失真，但是这样做图像的嵌入容量比较小。目前，研究者们提出了将秘密信息隐藏在像素的预测误差直方图中，取得了较好的综合效果。
近年来，高光谱图像的应用范围越来越广泛，重要性越来越强。由于高光谱图像需要通过高光谱相机获取，成本较高，容易受到所有权上的侵犯，造成所有者的损失；采用可逆信息隐藏算法处理后，可在载体图像受到版权侵犯时通过解码嵌入的秘密信息来证明所有权。然而，现有的可逆信息隐藏算法都是为自然图像设计的，将其应用在高光谱图像上的性能并不优秀，目前为高光谱图像设计的可逆信息隐藏算法仍几乎是空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高光谱图像可逆信息隐藏方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。具体的，本发明提供了一种基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法，以解决现有技术中对高光谱图像冗余开发有限的技术问题；本发明能够提高可逆信息隐藏算法在高光谱图像上的隐藏性能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种高光谱图像可逆信息隐藏方法，包括以下步骤：
步骤1，对预选取的载体高光谱图像的每一条谱带的除第一行及第二行以外的部分进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；基于预选取的载体高光谱图像的每条谱带，获取每条谱带记录了溢出位置的位置图辅助信息；
步骤2，将处理后的载体图像的每一条谱带除第一行和第二行以外的部分按照棋盘格划分为两层，并计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分，获得划分后的秘密信息；
步骤3，按照从第二条谱带依次到最后一条谱带再到第一条谱带、棋盘格第一层到第二层的操作顺序，计算所有像素的复杂度；按照计算获得的复杂度从小到大的顺序，将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中；
步骤4，将每条谱带第一层嵌入时产生的解码用的辅助信息及位置图辅助信息嵌入到谱带的第一行像素中；将每条谱带第二层嵌入时产生的解码用的辅助信息嵌入到谱带的第二行像素中。
本发明的进一步改进在于，步骤1具体包括以下步骤：
按照从预选取的载体图像的第一条谱带到最后一条谱带的顺序，对每一条谱带按光栅扫描的顺序扫描第一行及第二行以外的每一个像素，设定k初始值为1，对每个像素进行如下操作：
式中，px，y，b表示第b条谱带中空间坐标为(x，y)的像素值，x∈[3，H]，y∈[1，W]，b∈[1，B]，H和W分别表示载体图像的高和宽，B为谱带总数；LMb是谱带b的位置图，用于记录像素值调整的一维向量；
将LMb进行算术压缩，得到压缩后的位置图CLMb，长度为lCLM，b。
本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1，将处理后的载体图像的每一条谱带按照棋盘格划分为两层；其中，谱带中(x+y) 为偶数的所有像素组成第一层，(x+y)为奇数的所有像素组成第二层；
步骤2.2，分别计算每条谱带第一层与第二层的容量，顺序为谱带2，3，4，…，B，1、先第一层再第二层；
步骤2.3，对于给定的总的秘密信息，按照各谱带两层的容量的比例将其划分为长度不等的2×B份，获得划分后的秘密信息。
本发明的进一步改进在于，步骤2.2具体包含以下步骤：
步骤2.2.1：除谱带1以外，每条谱带b使用前一条谱带b-1的分类结果进行像素预测；分类方法为：对于像素px，y，b-1，将其四邻域像素值px-1，y，b-1，px+1，y，b-1，px，y-1，b-1，px，y+1，b-1进行排序，得到然后按下式进行分类：
计算当前像素的预测误差值：
其中，ex，y，b为像素px，y，b的预测误差，[·]为四舍五入；
对于第一层的像素，统计每一类所有的预测误差值，并将其中最高的两个预测误差值记为峰值和/>其中/>i∈[1，5]为像素类别，b，1意为谱带b的第一层；
将对应像素进行搬移或嵌入秘密信息1，操作如下：
其中，ECb，1为第b条谱带第一层的嵌入容量；
对于第二层，其容量通过假设嵌入进第一层的秘密信息全为1时嵌满的像素来进行估计，对于一个第二层的像素px，y，b，其四邻域像素为嵌入或搬移过的像素
当b＝2时，使用下式进行容量计算和像素搬移或嵌入秘密信息1：
当b≠2时，只统计容量，如下所示：
步骤2.2.2：对于谱带1，其使用嵌入或搬移后的谱带2的分类结果进行预测误差的计算及容量的计算。
本发明的进一步改进在于，步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1，按照谱带2，3，4，…，B，1的顺序，提取第一行前(110+2×「log2(H×W)]+lCLM，b) 个像素的最低有效位作为第一层附加的秘密信息连接在分配给第一层的秘密信息之前，提取第二行前(110+「log2(H×W)])个像素的最低有效位作为第二层附加的秘密信息连接在分配给第二层的秘密信息之前；其中，[·]表示向上取整；
对每一条谱带的第一层和第二层的像素进行复杂度Cx，y，b计算表达式为：
其中，
将一层的复杂度按照从小到大的顺序排列，并按照该顺序对像素进行秘密信息的嵌入或者搬移操作，对除第一条谱带以外的像素的操作为：
其中，m∈{0，1}为嵌入的秘密信息比特；
以复杂度增大的顺序进行嵌入，直到划分的相应的秘密信息被全部嵌入；
第二层的嵌入过程与第一层相同；
b＝1时，使用嵌入或搬移后的谱带2的分类结果进行预测误差的计算及秘密信息的嵌入：
谱带1第二层的嵌入过程与第一层一样。
本发明的进一步改进在于，步骤4具体包括以下步骤：
对于每条谱带，有以下两个步骤，
步骤4.1，记录嵌入第一层时的所有与/>该谱带第一层嵌入的秘密信息量lCLM，b，CLMb；用记录的辅助信息替换掉载体图像第一行的前(110+2×「log2(H×W)]+lCLM，b)个像素的最低有效位；
步骤4.2，记录嵌入第二层时的所有与/>该谱带第二层嵌入的秘密信息量用记录的辅助信息替换掉载体图像第二行的前/>个像素的最低有效位。
本发明的进一步改进在于，还包括解码；所述解码过程按照从第一条谱带到最后一条谱带的顺序进行；
对于每条谱带，首先读取第一行前个像素的最低有效位与第二行前/>个像素的最低有效位的辅助信息；
将第一行及第二行以外的像素按照棋盘格划分为两层，先对第二层解码再对第一层解码；
使用记录的辅助信息对第二层进行解码，用于分类的信息与嵌入时相同，对像素的操作和秘密信息的提取为嵌入时的逆操作；
使用记录的辅助信息对第一层进行解码；用第一层解码出的秘密信息的前/>比特替换第一行像素的前/> 个像素的最低有效位，用第二层解码出的秘密信息的前/>比特替换第二行像素的前/>个像素的最低有效位；
将CLMb解压得到LMb，利用LMb恢复原本的边缘像素值；将解得的所有秘密信息按照顺序拼接起来，完成解码。
本发明的进一步改进在于，用于高光谱图像版权保护。
本发明的一种高光谱图像可逆信息隐藏系统，包括：
预处理模块，用于对预选取的载体高光谱图像的每一条谱带的除第一行及第二行以外的部分进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；基于预选取的载体高光谱图像的每条谱带，获取每条谱带记录了溢出位置的位置图辅助信息；
容量计算模块，用于将处理后的载体图像的每一条谱带除第一行和第二行以外的部分按照棋盘格划分为两层，并计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分，获得划分后的秘密信息；
预测及嵌入模块，用于按照从第二条谱带依次到最后一条谱带再到第一条谱带、棋盘格第一层到第二层的操作顺序，计算所有像素的复杂度；按照计算获得的复杂度从小到大的顺序，将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中；
辅助信息嵌入模块，用于将每条谱带第一层嵌入时产生的解码用的辅助信息及位置图辅助信息嵌入到谱带的第一行像素中；将每条谱带第二层嵌入时产生的解码用的辅助信息嵌入到谱带的第二行像素中。
本发明的进一步改进在于，还包括：解码模块，用于通过使用辅助信息无损解码嵌入的秘密信息以及无损恢复出载体图像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中，通过对比自然图像与高光谱图像的特点，发现虽然高光谱图像的像素动态范围更大从而难以预测，但是其谱带之间有较强的相关性，通过开发谱带间的冗余可以更好地提高预测的准确性；本发明通过利用相邻谱带间的强相关性，利用相邻谱带像素的分类结果代替当前谱带像素的分类结果，并对每一类像素使用不同的预测方法，并将信息嵌入到各自的直方图峰值中，使得可以嵌入的秘密信息总量明显增大。
本发明中，使用复杂度排序的方法使得失真性能进一步提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种基于像素值排序预测与菱形预测的可逆信息隐藏算法的流程示意图；
图2是本发明实施例中使用的中心像素与其四邻域像素的示意图；
图3是本发明实施例中使用自然图像Lena时以自身的分类结果进行分类的各类像素的统计直方图；
图4是本发明实施例算法与基准算法菱形预测在高光谱图像Indian Pines进行比较时含密载体图像与原始图像的峰值信噪比(PSNR)随嵌入率(ER)变化的示意图；
图5是本发明实施例算法与基准算法菱形预测在高光谱图像PaviaU进行比较时含密载体图像与原始图像的峰值信噪比(PSNR)随嵌入率(ER)变化的示意图；
图6是本发明实施例算法与基准算法菱形预测在高光谱图像Salinas进行比较时含密载体图像与原始图像的峰值信噪比(PSNR)随嵌入率(ER)变化的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明实施例的一种基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法，包括以下步骤：
步骤1，对预选取的载体高光谱图像的每一条谱带的除第一行及第二行以外的部分进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；基于预选取的载体图像的每条谱带获取每条谱带记录了溢出位置的位置图信息，用于载体图像的恢复；
步骤2，将处理后的载体图像的每一条谱带除第一行和第二行以外的部分按照棋盘格划分为两层，并计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分；
步骤3，按照从第二条谱带依次到最后一条谱带再到第一条谱带、棋盘格第一层到第二层的操作顺序计算对应的所有像素的复杂度；按照复杂度从小到大排列的顺序将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中。
步骤4，将每条谱带第一层嵌入时产生的解码用的辅助信息及位置图辅助信息嵌入到相应谱带的第一行像素中；将每条谱带第二层嵌入时产生的解码用的辅助信息嵌入到相应谱带的第二行像素中。
本发明实施例中，通过对比自然图像与高光谱图像的特点，发现虽然高光谱图像的像素动态范围更大从而难以预测，但是其谱带之间有较强的相关性，通过开发谱带间的冗余可以更好地提高预测的准确性；本发明通过利用相邻谱带间的强相关性，利用相邻谱带像素的分类结果代替当前谱带像素的分类结果，并对每一类像素使用不同的预测方法，并将信息嵌入到各自的直方图峰值中，使得可以嵌入的秘密信息总量明显增大。
基于上述实施例的记载，本发明的又一实施例的具体步骤中还包括解码。
所述解码的步骤包括：
解码过程按照从第一条谱带到最后一条谱带的顺序进行。
对于每条谱带，首先读取第一行前个像素的最低有效位与第二行前/>个像素的最低有效位的辅助信息。
将第一行及第二行以外的像素按照棋盘格划分为两层，先对第二层解码再对第一层解码。
使用记录的辅助信息对第二层进行解码，用于分类的信息与嵌入时相同，对像素的操作和秘密信息的提取为嵌入时的逆操作。
使用记录的辅助信息对第一层进行解码。
用第一层解码出的秘密信息的前比特替换第一行像素的前/>个像素的最低有效位，用第二层解码出的秘密信息的前/>比特替换第二行像素的前/>个像素的最低有效位。
将CLMb解压得到LMb，利用LMb恢复原本的边缘像素值。
将解得的所有秘密信息按照顺序拼接起来，完成解码。
本发明实施例中，通过对比自然图像与高光谱图像的特点，发现虽然高光谱图像的像素动态范围更大从而难以预测，但是其谱带之间有较强的相关性，通过开发谱带间的冗余可以更好地提高预测的准确性。本发明通过利用相邻谱带间的强相关性，利用相邻谱带像素的分类结果代替当前谱带像素的分类结果，并对每一类像素使用不同的预测方法，并将信息嵌入到各自的直方图峰值中，使得可以嵌入的秘密信息总量明显增大；同时使用复杂度排序的方法使得失真性能进一步提升。
请参阅图1至图6，本发明实施例的一种基于像素值排序预测与菱形预测的可逆信息隐藏算法，包括以下步骤：
步骤一：按照从预选取的载体图像的第一条谱带到最后一条谱带B的顺序，对每一条谱带按光栅扫描的顺序扫描第一行及第二行以外的每一个像素，设定k初始值为1，对每个像素进行如下操作：
公式(1)中，px，y，b表示第b条谱带中空间坐标为(x，y)的像素值，x∈[3，H]，y∈[1，W]， b∈[1，B]，H和W分别表示载体图像的高和宽，B为谱带总数；LMb是谱带b的位置图，其为用于记录像素值调整的一维向量；
将LMb进行算术压缩以减少所需的存储量，得到压缩后的位置图CLMb，其长度为lCLM，b。
步骤二：计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分。
(1)将处理后的载体图像的每一条谱带按照棋盘格划分为两层，其中一条谱带中(x+y) 为偶数的所有像素组成第一层，(x+y)为奇数的所有像素组成第二层。
(2)分别计算每条谱带第一层与第二层的容量，顺序为谱带2，3，4，…，B，1、先第一层再第二层。该步骤具体包含以下步骤：
①除谱带1以外，每条谱带b使用前一条谱带b-1的分类结果进行像素预测，其中分类方法为：对于像素px，y，b-1，将其四邻域像素值px-1，y，b-1，px+1，y，b-1，px，y-1，b-1，px，y+1，b-1进行排序，得到然后按下式进行分类：
计算当前像素的预测误差值：
公式(3)中，ex，y，b为像素px，y，b的预测误差，[·]为四舍五入。对于第一层的像素，统计每一类所有的预测误差值，并将其中最高的两个预测误差值记为峰值和/>其中 i∈[1，5]为像素类别，b，1意为谱带b的第一层。将对应像素进行搬移或嵌入秘密信息1，操作如下：
公式(4)中，ECb，1为第b条谱带第一层的嵌入容量。对于第二层，其容量通过假设嵌入进第一层的秘密信息全为1时嵌满的像素来进行估计，对于一个第二层的像素px，y，b，其四邻域像素为嵌入或搬移过的像素当b＝2时，使用下式进行容量计算和像素搬移或嵌入秘密信息1：
当b≠2时，只统计容量，如下所示：
②对于谱带1，其使用嵌入或搬移后的谱带2的分类结果进行预测误差的计算及容量的计算。
(3)对于给定的总的秘密信息，按照各谱带两层的容量EC1，1，EC1，2，…，ECB，1，ECB，2的比例将其划分为长度不等的2×B份。
步骤三：计算对应的所有像素的复杂度；按照复杂度从小到大排列的顺序将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中。
(1)将由步骤一处理后的载体图像的每一条谱带除第一行与第二行以外按照棋盘格划分为两层，其中一条谱带中(x+y)为偶数的所有像素组成第一层，(x+y)为奇数的所有像素组成第二层。
(2)按照谱带2，3，4，…，B，1的顺序，首先提取第一行前个像素(其中/>表示向上取整)的最低有效位作为第一层附加的秘密信息连接在分配给第一层的秘密信息之前，提取第二行前个像素的最低有效位作为第二层附加的秘密信息连接在分配给第二层的秘密信息之前；先后对每一条谱带的第一层和第二层的像素进行复杂度Cx，y，b计算：
公式(6)中， 将一层的复杂度按照从小到大的顺序排列，并按照该顺序对像素进行秘密信息的嵌入或者搬移操作，对除第一条谱带以外的像素的操作为：
公式(8)中，m∈{0，1}为嵌入的秘密信息比特。按照上式以复杂度增大的顺序进行嵌入，直到划分的相应的秘密信息被全部嵌入。第二层的嵌入过程与第一层相同，不再赘述。对于谱带1，即b＝1时，其使用嵌入或搬移后的谱带2的分类结果进行预测误差的计算及秘密信息的嵌入：
谱带1第二层的嵌入过程与第一层一样，这里不再赘述。谱带1的嵌入过程同样在分配的秘密信息嵌入完成后结束。
步骤四：嵌入辅助信息。
(1)记录嵌入第一层时的所有与/>(12比特记录/>10比特记录/>与之间的差值，共(12+10)×5＝110比特)，该谱带第一层嵌入的秘密信息量比特)，/>CLMb(lCLM，b比特)。用这些记录的辅助信息替换掉载体图像第一行的前/>个像素的最低有效位。
(2)记录嵌入第二层时的所有与/>(110比特)，该谱带第二层嵌入的秘密信息量/> 用这些记录的辅助信息替换掉载体图像第二行的前 个像素的最低有效位。
最终方法的性能可以用嵌入容量-峰值信噪比曲线来衡量，即特定嵌入信息量下的载体图像质量。
本发明上述实施例公开了一种基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法，用于高光谱图像版权保护，所述方法包括：对载体图像进行防上溢/下溢操作，并记录用于图像恢复的相应信息；按棋盘格划分图像的每条谱带，估算容量并对秘密信息进行划分；计算待预测像素的复杂度，根据像素复杂度的大小关系，指导像素的嵌入顺序；将解码所需的辅助信息嵌入图像中。本发明可提高基于预测的可逆信息隐藏算法的嵌入性能，并通过实验验证了该方法的有效性。
通过图4、图5和图6可以看出基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法能够有效地增强基于菱形预测的可逆信息隐藏算法的嵌入性能。图4、图5和图6通过比较菱形预测算法与本发明的算法在常用高光谱测试图像Indian Pines、PaviaU及Salinas上的嵌入性能，即PSNR曲线。尽管在小容量时，本发明的算法对比菱形预测算法在小嵌入量时的性能提升幅度较小，但是随着嵌入量的增大，性能提升的幅度也逐渐增大，可嵌入的秘密信息的最大量也明显增大。综上，本发明实施例的目的在于提供一种基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法，以解决现有技术中对谱带间相关性开发不足从而对于可逆信息隐藏算法性能的限制问题。本发明通过对利用相邻谱带像素值与其四邻域像素大小关系信息的研究，将其分为五类分别进行预测，并通过提出的自适应预测方法使得预测的准确率大幅提升，提高了算法的嵌入性能。本发明公开的基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法，包括：步骤一：对载体图像每条谱带除第一行及第二行以外的部分进行防上溢/下溢操作，并记录用于图像恢复的溢出位置图信息。步骤二：计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分。步骤三：计算对应的所有像素的复杂度；按照复杂度从小到大排列的顺序将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中。步骤四：将解码所需的辅助信息嵌入图像每条谱带的第一行及第二行像素中。本发明提出了一种有效的预测方法来提高高光谱图像可逆信息隐藏算法的嵌入性能，并通过实验验证了该方法的有效性。
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
本发明实施例的一种基于像素值排序预测与菱形预测的可逆信息隐藏系统，包括：
预处理模块，用于对预选取的载体图像所有谱带除第一行及第二行以外的部分进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；用于基于预选取的载体图像的每条谱带获取每条谱带记录了溢出位置的位置图信息，以进行载体图像的恢复；
容量计算模块，用于计算处理后的载体图像每条谱带除第一行及第二行以外的部分的嵌入容量；用于完成对秘密信息的划分；
预测及嵌入模块，用于计算待预测像素的复杂度，根据复杂度从小到大的排列顺序，指导像素进行嵌入操作的顺序；用于计算用于嵌入信息的预测误差的待预测像素的分类结果，基于分类结果与对应的四邻域像素的像素值计算预测误差；用于根据计算获得的预测误差将待秘密信息嵌入处理后的载体图像；
辅助信息嵌入模块，用于将恢复载体图像和提取信息所需的辅助信息嵌入处理后的载体图像的每一条谱带的第一行及第二行像素中，所述辅助信息包括所述位置图信息；
解码模块，用于通过使用辅助信息无损解码嵌入的信息以及无损恢复出载体图像。
本发明实施例的一种基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏系统，包括：
预处理模块，用于载体图像所进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；
容量计算模块，用于计算处理后的载体图像的嵌入容量并完成对秘密信息的划分；
预测及嵌入模块，用于计算像素的预测误差，并将待秘密信息嵌入处理后的载体图像；
辅助信息嵌入模块，用于将恢复载体图像和提取信息所需的辅助信息嵌入载体图像。
解码模块，用于通过使用辅助信息无损解码嵌入的信息以及无损恢复出载体图像。
综上，本发明实施例公开了一种基于相邻谱带分类信息参考的高光谱图像可逆信息隐藏算法及系统，所述方法包括以下步骤：对预选取的载体图像进行防上溢/下溢操作，并记录用于载体图像恢复的位置图信息；将处理后的载体图像进行不重叠的分块，获得多个像素块；并设定复杂度阈值；依次将每个像素块中的像素排序，得到每个块的待预测的像素；计算待预测像素的复杂度，根据复杂度与复杂度阈值的关系，依次指导每个像素的嵌入操作；将解码所需的辅助信息嵌入图像中。本发明可提高基于预测的可逆信息隐藏算法的嵌入性能，并通过实验验证了该方法的有效性。
本发明实施例中，对载体图像每条谱带除第一行及第二行以外的部分进行防上溢/下溢操作，并记录用于图像恢复的相应信息：计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分：计算对应的所有像素的复杂度；按照复杂度从小到大排列的顺序将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中：将解码所需的辅助信息嵌入图像每条谱带的第一行及第二行像素中。本发明可提高高光谱图像可逆信息隐藏算法的嵌入性能，并通过实验验证了该方法的有效性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质 (包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高光谱图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对预选取的载体高光谱图像的每一条谱带的除第一行及第二行以外的部分进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；基于预选取的载体高光谱图像的每条谱带，获取每条谱带记录了溢出位置的位置图辅助信息；
步骤2，将处理后的载体图像的每一条谱带除第一行和第二行以外的部分按照棋盘格划分为两层，并计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分，获得划分后的秘密信息；
步骤3，按照从第二条谱带依次到最后一条谱带再到第一条谱带、棋盘格第一层到第二层的操作顺序，计算所有像素的复杂度；按照计算获得的复杂度从小到大的顺序，将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中；
步骤4，将每条谱带第一层嵌入时产生的解码用的辅助信息及位置图辅助信息嵌入到谱带的第一行像素中；将每条谱带第二层嵌入时产生的解码用的辅助信息嵌入到谱带的第二行像素中；
其中，
步骤1具体包括以下步骤：
按照从预选取的载体图像的第一条谱带到最后一条谱带的顺序，对每一条谱带按光栅扫描的顺序扫描第一行及第二行以外的每一个像素，设定k初始值为1，对每个像素进行如下操作：
式中，px,y,b表示第b条谱带中空间坐标为(x,y)的像素值，x∈[3,H]，y∈[1,W]，b∈[1,B]，H和W分别表示载体图像的高和宽，B为谱带总数；LMb是谱带b的位置图，用于记录像素值调整的一维向量；
将LMb进行算术压缩，得到压缩后的位置图CLMb，长度为lCLM,b；
步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1，将处理后的载体图像的每一条谱带按照棋盘格划分为两层；其中，谱带中(x+y)为偶数的所有像素组成第一层，(x+y)为奇数的所有像素组成第二层；
步骤2.2，分别计算每条谱带第一层与第二层的容量，顺序为谱带2,3,4,…,B,1、先第一层再第二层；
步骤2.3，对于给定的总的秘密信息，按照各谱带两层的容量的比例将其划分为长度不等的2×B份，获得划分后的秘密信息；
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1，按照谱带2,3,4,…,B,1的顺序，提取第一行前个像素的最低有效位作为第一层附加的秘密信息连接在分配给第一层的秘密信息之前，提取第二行前/>个像素的最低有效位作为第二层附加的秘密信息连接在分配给第二层的秘密信息之前；其中，/>表示向上取整；
对每一条谱带的第一层和第二层的像素进行复杂度Cx,y,b计算表达式为：
其中，v1＝|px+1,y,b-px,y-1,b|,v2＝|px+1,y,b-px,y+1,b|,v3＝|px-1,y,b-px,u-1,b|,v4＝|px-1,y,b-px,y+1,b|,
将一层的复杂度按照从小到大的顺序排列，并按照该顺序对像素进行秘密信息的嵌入或者搬移操作，对除第一条谱带以外的像素的操作为：
其中，m∈{0,1}为嵌入的秘密信息比特；
以复杂度增大的顺序进行嵌入，直到划分的相应的秘密信息被全部嵌入；
第二层的嵌入过程与第一层相同；
b＝1时，使用嵌入或搬移后的谱带2的分类结果进行预测误差的计算及秘密信息的嵌入：
谱带1第二层的嵌入过程与第一层一样。
2.根据权利要求1所述的一种高光谱图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤2.2具体包含以下步骤：
步骤2.2.1：除谱带1以外，每条谱带b使用前一条谱带b-1的分类结果进行像素预测；分类方法为：对于像素px,y,b-1，将其四邻域像素值px-1,y,b-1,px+1,y,b-1,px,y-1,b-1,px,y+1,b-1进行排序，得到然后按下式进行分类：
计算当前像素的预测误差值：
其中，ex,y,b为像素px,y,b的预测误差，[·]为四舍五入；
对于第一层的像素，统计每一类所有的预测误差值，并将其中最高的两个预测误差值记为峰值和/>其中/>i∈[1,5]为像素类别，b,1意为谱带b的第一层；
将对应像素进行搬移或嵌入秘密信息1，操作如下：
其中，ECb,1为第b条谱带第一层的嵌入容量；
对于第二层，其容量通过假设嵌入进第一层的秘密信息全为1时嵌满的像素来进行估计，对于一个第二层的像素px,y,b，其四邻域像素为嵌入或搬移过的像素
当b＝2时，使用下式进行容量计算和像素搬移或嵌入秘密信息1：
当b≠2时，只统计容量，如下所示：
步骤2.2.2：对于谱带1，其使用嵌入或搬移后的谱带2的分类结果进行预测误差的计算及容量的计算。
3.根据权利要求1所述的一种高光谱图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤4具体包括以下步骤：
对于每条谱带，有以下两个步骤，
步骤4.1，记录嵌入第一层时的所有与/>该谱带第一层嵌入的秘密信息量/>lCLM,b,CLMb；用记录的辅助信息替换掉载体图像第一行的前/> 个像素的最低有效位；
步骤4.2，记录嵌入第二层时的所有与/>该谱带第二层嵌入的秘密信息量/>用记录的辅助信息替换掉载体图像第二行的前/>个像素的最低有效位。
4.根据权利要求3所述的一种高光谱图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，还包括解码；所述解码过程按照从第一条谱带到最后一条谱带的顺序进行；
对于每条谱带，首先读取第一行前个像素的最低有效位与第二行前/>个像素的最低有效位的辅助信息；
将第一行及第二行以外的像素按照棋盘格划分为两层，先对第二层解码再对第一层解码；
使用记录的辅助信息对第二层进行解码，用于分类的信息与嵌入时相同，对像素的操作和秘密信息的提取为嵌入时的逆操作；
使用记录的辅助信息对第一层进行解码；用第一层解码出的秘密信息的前/>比特替换第一行像素的前/> 个像素的最低有效位，用第二层解码出的秘密信息的前/>比特替换第二行像素的前/>个像素的最低有效位；
将CLMb解压得到LMb，利用LMb恢复原本的边缘像素值；将解得的所有秘密信息按照顺序拼接起来，完成解码。
5.根据权利要求1所述的一种高光谱图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，用于高光谱图像版权保护。
6.一种高光谱图像可逆信息隐藏系统，其特征在于，用于实现权利要求1所述的高光谱图像可逆信息隐藏方法，所述高光谱图像可逆信息隐藏系统包括：
预处理模块，用于对预选取的载体高光谱图像的每一条谱带的除第一行及第二行以外的部分进行防溢出操作，获得处理后的载体图像；基于预选取的载体高光谱图像的每条谱带，获取每条谱带记录了溢出位置的位置图辅助信息；
容量计算模块，用于将处理后的载体图像的每一条谱带除第一行和第二行以外的部分按照棋盘格划分为两层，并计算每一条谱带的每一层的嵌入容量；将待嵌入的秘密信息按照每一条谱带的每一层的容量比进行划分，获得划分后的秘密信息；
预测及嵌入模块，用于按照从第二条谱带依次到最后一条谱带再到第一条谱带、棋盘格第一层到第二层的操作顺序，计算所有像素的复杂度；按照计算获得的复杂度从小到大的顺序，将划分后的秘密信息嵌入到处理后的载体图像之中；
辅助信息嵌入模块，用于将每条谱带第一层嵌入时产生的解码用的辅助信息及位置图辅助信息嵌入到谱带的第一行像素中；将每条谱带第二层嵌入时产生的解码用的辅助信息嵌入到谱带的第二行像素中。
7.根据权利要求6所述的一种高光谱图像可逆信息隐藏系统，其特征在于，还包括：
解码模块，用于通过使用辅助信息无损解码嵌入的秘密信息以及无损恢复出载体图像。
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