矩陣在數字圖像隱藏和偽裝中的應用

歐婷婷

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

[關鍵詞]矩陣；數字圖像隱藏 ；數字圖像偽裝

信息隱藏技術是20世紀80年代以來隨著計算機技術、信息處理技術和網絡通信技術的發展而產生的一種信息安全技術。信息偽裝是指將秘密信息隱藏與其他公開的數字媒體中，使秘密信息能夠在通信網絡中安全傳輸的信息安全技術。

一、彩色數字圖像的原理

數字圖像都有相應的像素，像素是指由一個數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值，而這些小方格的顏色和位置就決定該圖像所呈現出來的樣子。可以將像素視為整個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，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、矩陣在數字圖像隱藏和偽裝中的應用

1.矩陣在數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。

實現過程如下：

（1）讀取圖像A和圖像B的像素數據；

（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乘運算實現信息隱藏（t為任意常數）；

（4）將數據合并為彩色圖像信息并顯示結果.

這一過程實質上運用的是矩陣加減運算和數乘運算達到數字圖像隱藏的目的.

具體在matlab中的實現過程如下：

%讀取圖像的數據

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，實現信息隱藏

>> RimgD=（RimgA2- RimgA1）*2+ RimgA1；

>> GimgD=（GimgA2- GimgA1）*2+ GimgA1；

>> BimgD=（BimgA2- BimgA1）*2+ BimgA1；

%將結果數據合并為彩色圖像信息并顯示結果

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

>> Dimagedata=uint8（DimagedataDB）；

>> imshow（Dimagedata）

即可實現數字圖像A的隱藏.

2.矩陣在數字圖像偽裝中的應用

如需實現圖像的偽裝，實現過程如下：

（1） 讀取圖像的數據；

（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信息偽裝；

（5）將結果數據合并為彩色圖像信息并顯示結果.

這一過程實質上運用的是矩陣的乘法，達到圖像隱藏的目的。

具體在matlab中的實現過程如下：

%讀取圖像的數據

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信息偽裝

>> RimgD=RimgA*keymat；

>> GimgD=GimgA*keymat；

>> BimgD=BimgA*keymat；

%將結果數據合并為彩色圖像信息并顯示結果

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

>> Dimagedata=uint8（DimagedataDB）；

>> imshow（Dimagedata）

即可實現圖像的隱藏.

三、結語

以上兩例主要運用矩陣加減運算、數乘運算和矩陣乘法的運算來實現圖像的隱藏和偽裝.數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.