矩陣在數(shù)字圖像隱藏和偽裝中的應用

歐婷婷

[摘 要]本文主要闡述了數(shù)字圖像在實現(xiàn)隱藏和偽裝中用到的矩陣知識，并用matlab實現(xiàn)圖像的隱藏和偽裝。

[關(guān)鍵詞]矩陣；數(shù)字圖像隱藏 ；數(shù)字圖像偽裝

信息隱藏技術(shù)是20世紀80年代以來隨著計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種信息安全技術(shù)。信息偽裝是指將秘密信息隱藏與其他公開的數(shù)字媒體中，使秘密信息能夠在通信網(wǎng)絡(luò)中安全傳輸?shù)男畔踩夹g(shù)。

一、彩色數(shù)字圖像的原理

數(shù)字圖像都有相應的像素，像素是指由一個數(shù)字序列表示的圖像中的一個最小單位。圖像由像素組成，每個像素都有一個明確的位置和被分配的色彩數(shù)值，而這些小方格的顏色和位置就決定該圖像所呈現(xiàn)出來的樣子?？梢詫⑾袼匾暈檎麄€圖像中不可分割的單位或者是元素，它是以一個單一顏色的小格存在。彩色圖像是指每個像素由R、G、B三個分量構(gòu)成的圖像，其中R、G、B是由不同的灰度級來描述的，三者不同比例的組合形成了巨大顏色體系。RGB顏色空間是最基本、最常用的顏色空間。三色原理就是適當選取三種顏色（如紅、綠、藍），將他們按不同的比例進行合成，就可以引起不同的顏色感覺，三色彼此獨立，任一種基色不能由其他兩種基色配出，隨著三基色選取的不同，可以構(gòu)成任意多個顏色空間。選定三基色R、G、B的取值范圍均為[0，255]，如紅色為（255，255，255），綠色為（0，255，0），藍色為（0，255，0）.

圖像分辨率是單位英寸中所包含的像素點數(shù)，如某一圖像其分辨率為293*293，可以對應一個293*293的矩陣，矩陣中每個元素即為像素，每個像素由R、G、B三個分量構(gòu)成，即矩陣中的每個元素可以看成是一個三維向量。

二、矩陣在數(shù)字圖像隱藏和偽裝中的應用

1.矩陣在數(shù)字圖像隱藏中的應用

如需要將圖像A隱藏在圖像B中，以新的圖像C的來進行傳輸，達到隱藏圖像A的目的.前提是圖像A與圖像B的分辨率一致。

實現(xiàn)過程如下：

（1）讀取圖像A和圖像B的像素數(shù)據(jù)；

（2）分別獲取圖像的紅、綠、藍色的分量信息；

（3）（圖像B的紅、黃、藍三色信息矩陣–圖像A的紅、黃、藍三色信息矩陣）*t+圖像A的紅、黃、藍三色信息矩陣，即通過紅、黃、藍三色信息矩陣的加減和數(shù)乘運算實現(xiàn)信息隱藏（t為任意常數(shù)）；

（4）將數(shù)據(jù)合并為彩色圖像信息并顯示結(jié)果.

這一過程實質(zhì)上運用的是矩陣加減運算和數(shù)乘運算達到數(shù)字圖像隱藏的目的.

具體在matlab中的實現(xiàn)過程如下：

%讀取圖像的數(shù)據(jù)

AimagedataA=imread（'d：/plane1.jpg'）；

AimagedataB=imread（'d：/building.jpg'）；

AimagedataDB1=double（AimagedataA）；

AimagedataDB2=double（AimagedataB）；

%分別獲得圖像的紅、綠、藍色的分量信息

RimgA1=AimagedataDB1（：，：，1）；

GimgA1=AimagedataDB1（：，：，2）；

BimgA1=AimagedataDB1（：，：，3）；

RimgA2=AimagedataDB2（：，：，1）；

GimgA2=AimagedataDB2（：，：，2）；

BimgA2=AimagedataDB2（：，：，3）；

%（圖像B的紅、黃、藍色矩陣—圖像A的紅、黃、藍色矩陣）*2+圖像A的紅、黃、藍色矩陣，實現(xiàn)信息隱藏

>> RimgD=（RimgA2- RimgA1）*2+ RimgA1；

>> GimgD=（GimgA2- GimgA1）*2+ GimgA1；

>> BimgD=（BimgA2- BimgA1）*2+ BimgA1；

%將結(jié)果數(shù)據(jù)合并為彩色圖像信息并顯示結(jié)果

>> DimagedataDB=cat（3，RimgD，GimgD，BimgD）；

>> Dimagedata=uint8（DimagedataDB）；

>> imshow（Dimagedata）

即可實現(xiàn)數(shù)字圖像A的隱藏.

2.矩陣在數(shù)字圖像偽裝中的應用

如需實現(xiàn)圖像的偽裝，實現(xiàn)過程如下：

（1） 讀取圖像的數(shù)據(jù)；

（2）分別獲得圖像的紅、綠、藍色的分量信息；

（3）獲取圖像的分辨率，并生成密鑰矩陣；

（4）用密鑰矩陣右乘紅、綠、藍三色信息的矩陣實現(xiàn)信息偽裝；

（5）將結(jié)果數(shù)據(jù)合并為彩色圖像信息并顯示結(jié)果.

這一過程實質(zhì)上運用的是矩陣的乘法，達到圖像隱藏的目的。

具體在matlab中的實現(xiàn)過程如下：

%讀取圖像的數(shù)據(jù)

Aimagedata=imread（'d：/plane.jpg'）；

AimagedataDB=double（Aimagedata）；

%分別獲得圖像的紅、綠、藍色的分量信息

RimgA=AimagedataDB（：，：，1）；

GimgA=AimagedataDB（：，：，2）；

BimgA=AimagedataDB（：，：，3）；

%獲取圖像的分辨率，并生成密鑰矩陣

wd=size（RimgA）；

keymat=double（rand（wd）./240）；

%用密鑰矩陣右乘紅、綠、藍三色信息的矩陣實現(xiàn)信息偽裝

>> RimgD=RimgA*keymat；

>> GimgD=GimgA*keymat；

>> BimgD=BimgA*keymat；

%將結(jié)果數(shù)據(jù)合并為彩色圖像信息并顯示結(jié)果

>> DimagedataDB=cat（3，RimgD，GimgD，BimgD）；

>> Dimagedata=uint8（DimagedataDB）；

>> imshow（Dimagedata）

即可實現(xiàn)圖像的隱藏.

三、結(jié)語

以上兩例主要運用矩陣加減運算、數(shù)乘運算和矩陣乘法的運算來實現(xiàn)圖像的隱藏和偽裝.數(shù)字圖像處理中運用到大量的矩陣知識，如對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征，圖像壓縮等，其基本原理大都與矩陣矩陣理論密切相關(guān).