彩色图像的二值化及二值化彩色图像的隐藏和恢复方法

摘要

一种彩色图像的二值化方法，其特征在于包括下列步骤：(一)选择源图像，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值并计算源图像的亮度值；(二)计算源图像的平均亮度；(三)利用Zadeh-X变换方法对源图像的红、绿、蓝三个分量进行二值化变换，生成变换后的彩色图像并计算该变换后彩色图像的平均亮度；(四)比较源图像与变换后彩色图像的平均亮度值，确定二值化变换的结果图像。本发明的有益效果是：能够基于彩色图像进行二值化处理，得到真正的二值化彩色图像，且二值化彩色图像与源图像相比喜度变化不大。

权利要求

1.一种彩色图像的二值化方法，其特征在于包括下列步骤：(一)步骤1，选择彩色图像为源图像Si，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)，并计算源图像的亮度值Gray(x，y)；

(二)步骤2，计算源图像的平均亮度AGSi，所述平均亮度AGSi可由下式获得：上式中，Gray(x，y)为源图像像素点(x，y)的亮度值，M、N分别为源图像在X、Y方向的像素数；

(三)步骤3，利用Zadeh-X变换方法对源图像的红、绿、蓝三个分量进行二值化变换，生成变换后的彩色图像Di并计算该变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi；

所述Zadeh-X变换方法如下：

约束条件为：

上式中，O(x，y)表示源图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；T(k，x，y)表示变换后彩色图像Di的红、绿、蓝三种分量的色度值；Delta＝1，k为1～255的整数，Theta为0～255的整数；

在k为定值的情况下，在0～255范围内扫描Theta的值，Theta每取一个值，对应一个变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi；

(四)步骤4，确定保亮度二值化变换的结果图像，其具体方法如下：将每个变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi与源图像的平均亮度AGSi进行比较，搜索与源图像的平均亮度AGSi最接近的变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi，并确定该AGDi对应的Theta值，该Theta所对应的变换后的彩色图像Di，为保亮度二值化变换的结果图像，即二值化彩色图像；

在所述步骤3和步骤4中，可按如下顺序扫描Theta：以127为起点，从起点开始按每次增1或减1的方式变化，每变化一次，获得对应的所述变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi，将该AGDi与源图像的平均亮度AGSi进行比较，确定接近源图像平均亮度AGSi的Theta扫描方向；

具体操作为：

给定一个源图像与变换后图像的适当亮度差的阈值AGT，使得变换后彩色图像的平均亮度AGDi与源图像的平均亮度AGSi之差P满足：P＝|AGDi-AGSi|≤AGT

在向一个方向扫描时，P大于AGT，且P随着Theta的变化而增大，则放弃该方向的扫描。

2.一种对权利要求1所述的二值化彩色图像的隐藏和恢复方法，其特征在于按以下步骤进行：步骤1，选择二值化彩色图像为源图像，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)，并确定所述源图像的红、绿、蓝三种分量色度值的最大者为b，最小者为a；

步骤2，利用Zadeh-X变换方法分别对源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)进行变换，实现对源图像的隐藏，获得隐藏后人类视觉不能分辨的彩色图像；

所述Zadeh-X变换方法如下：

约束条件为：

上式中，O(x，y)表示源图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；T(k，x，y)表示隐藏后二值化彩色图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；Delat、k、Theta为取整数的变换参数，Delta＝

1，0＜k≤10，a≤Theta＜b；

所述Zadeh-X变换中，每个像素点的变换参数相同；

步骤3，利用所述Zadeh-X变换对隐藏后彩色图像进行恢复，获得恢复后的图像，该恢复后的图像与源图像相同；

在进行所述Zadeh-X变换时，变换参数分别取值为：Delta＝1，k＝255，Theta＝隐藏后图像的左边界值。

说明书

彩色图像的二值化及二值化彩色图像的隐藏和恢复方法

技术领域

[0001] 本发明属于图像处理技术领域，是使彩色图像在亮度不变的情况下对彩色图像进行二值化处理的方法。

背景技术

[0002] 二值化图像是指仅有两个灰度/色度值的图像。图像二值化是指将灰度/色度丰富的图像变换成只有两个灰度/色度值的过程。由于二值化图像简单，数据量小，能凸显出感兴趣的目标的轮廓，因此在数字图像处理中占有非常重要的地位，广泛应用于各个领域，如：光学文字识别技术OCR(optical character recognition)，文档的再处理等。 [0003] 而世界是五彩斑斓的，因此人们得到的大部分图像都是彩色的。彩色图像二值化一直有两种思路：第一种是将彩色图像灰度化后再进行二值化处理，第二种是直接基于彩色图像进行。由于彩色图像信息量大，二值化的彩色图像如何定义也没有一个统一的说法，因此第二种方式未取得很好的效果。目前主流的技术仍然是采用第一种方法，但是灰度化后再进行二值化处理得到的图像是黑白图像，并不是传统意义上的彩色图像，而且灰度化是有损的，灰度化后图像的质量也决定了下一步进行二值化处理的效果。到目前，没有第二种思路的技术手段，即无法实现直接基于彩色图像的二值化处理。由于二值化图像往往含有关键的信息，需要在信息传输中进行隐藏和恢复处理，因此对于二值化彩色图像的隐藏也是相关领域研究人员研究的热点。

发明内容

[0004] 本发明的目的之一是提出一种直接基于彩色图像的彩色图像二值化方法，采用该方法得到的二值化图像仍然是彩色图像，且变换后图像的亮度不变。

[0005] 本发明中涉及到的二值化彩色图像是指红、绿、蓝三个颜色分量都具有相同的两个色度值的彩色图像。图7a)是一幅二值化彩色图像，图7b)是图7a)的色度谱。 [0006] 为达到本发明的目的，本发明提出一种彩色图像的二值化方法，其关键在于包括下列步骤：

[0007] (一)步骤1，选择彩色图像为源图像Si，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)，并计算源图像的亮度值Gray(x，y)； [0008] 实际应用中，亮度值等同于灰度值。

[0009] (二)步骤2，计算源图像的平均亮度AGSi，所述平均亮度AGSi可由下式获得： [0010]

[0011] 上式中，Gray(x，y)为源图像像素点(x，y)的亮度值，M、N分别为源图像在X、Y方向的像素数；

[0012] (三)步骤3，利用Zadeh-X变换方法对源图像的红、绿、蓝三个分量进行二值化变换，生成变换后的彩色图像Di并计算该变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi； [0013] 所述Zadeh-X变换方法如下：

[0014]

[0015] 约束条件为：

[0016] 上式中，O(x，y)表示源图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；T(k，x，y)表示变换后彩色图像Di的红、绿、蓝三种分量的色度值；Delta＝1，k为1～255的整数，Theta为0～255的整数；

[0017] 不同的k的取值，可以得到不同的色度谱带宽的彩色二值化图像，当取k＝255，生成的变换后的彩色图像Di有最大的带宽，这样可获得最好质量的二值图像。 [0018] 在k为定值的情况下，在0～255范围内扫描Theta的值，Theta每取一个值，对应一个变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi；

[0019] (四)步骤4，确定保亮度二值化变换的结果图像，其具体方法如下： [0020] 将每个变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi与源图像的平均亮度AGSi进行比较，搜索与源图像的平均亮度AGSi最接近的变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi，并确定该AGDi对应的Theta值，该Theta所对应的变换后的彩色图像Di，为保亮度二值化变换的结果图像，即二值化彩色图像。

[0021] 采用本发明的技术方案进行处理得到的图像仍然是彩色图像，该彩色图像的红、绿、蓝三个颜色分量都具有相同的两个色度值。与源图像相比，二值化后的彩色图像亮度基本保持不变，因此给人的视觉效果十分接近源图像。

[0022] 彩色图像灰度化后再进行二值化变换，使图像的颜色层次从224降到了2，而彩色图像的保亮度二值化变换，使图像的颜色层次从224降到了23，保留了彩色的同时还提高了对比度，关键信息得以保存，且增加了一种新的图像格式：23位位图格式。 [0023] 在扫描Theta时，可以采用穷举法，扫描每个Theta值，获得256个变换后彩色图像Di，对应256个平均亮度AGDi，其中与源图像平均亮度AGSi差值最小的AGDi对应的二值化彩色图像即视为满足保亮度变换的二值化彩色 图像。

[0024] 为了加快Theta的扫描速度，在所述步骤3和步骤4中，可按如下顺序扫描Theta：以127为起点，从起点开始按每次增1或减1的方式变化，每变化一次，获得对应的所述变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi，将该AGDi与源图像的平均亮度AGSi进行比较，确定接近源图像平均亮度AGSi的Theta扫描方向。

[0025] 具体操作为：

[0026] 给定一个源图像与变换后图像的适当亮度差的阈值AGT，使得变换后彩色图像的平均亮度AGDi与源图像的平均亮度AGSi之差P满足：

[0027] P＝|AGDi-AGSi|≤AGT

[0028] 在向一个方向扫描时，P大于AGT，且P随着Theta的变化而增大，则放弃该方向的扫描。

[0029] 本发明的目的之二是提供一种对二值化彩色图像进行的隐藏和恢复方法，能对生成的二值化彩色图像进行隐藏并恢复。

[0030] 为实现上述目的，本发明针对上述生成的二值化彩色图像提出一种隐藏和恢复方法，其关键在于按以下步骤进行：

[0031] 步骤1，选择二值化彩色图像为源图像，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)，并确定所述源图像的红、绿、蓝三种分量色度值的最大者为b，最小者为a；

[0032] 步骤2，利用Zadeh-X变换方法分别对源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)进行变换，实现对源图像的隐藏，获得隐藏后人类视觉不能分辨的彩色图像；

[0033] 所述Zadeh-X变换方法如下：

[0034]

[0035] 约束条件为：

[0036]

[0037] 上式中，O(x，y)表示源图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；T(k，x，y)表示隐藏后二值化彩色图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；Delat、k、Theta为取整数的变换参数，Delta＝1，0＜k≤10，a≤Theta＜b；

[0038] 所述Zadeh-X变换中，每个像素点的变换参数相同；

[0039] 步骤3，利用所述Zadeh-X变换对隐藏后彩色图像进行恢复，获得恢复后的图像，该恢复后的图像与源图像相同；

[0040] 在进行所述Zadeh-X变换时，变换参数分别取值为：Delta＝1，k＝255，Theta＝隐藏后图像的左边界值。

[0041] 本发明的显著效果是：提供了一种基于彩色图像的彩色图像二值化方法及对生成的二值化图像进行隐藏和恢复的方法，利用该二值化方法生成的二值化彩色图像的亮度与源图像十分接近，而且是真正意义上的彩色图像，在Zadeh-X变换的基础上还实现了对该二值化彩色图像的隐藏和挖掘。

[0042] 附图说明

[0043] 图1是实施例1中的源图像，包括两幅源图像(a)、(b)，其中(a)的平均亮度为110.0884，(b)的平均亮度为49.0451；

[0044] 图2是对图1进行二值化处理后的结果图像，其中(a)为图1(a)的结果图像，平均亮度为110.7047；(b)为图1(b)的结果图像，平均亮度为49.5710；

[0045] 图3是实施例1的流程图；

[0046] 图4(a)是对图2(a)进行隐藏后的图像；

[0047] 图4(b)是对图2(b)进行隐藏后的图像；

[0048] 图5(a)是对图4(a)进行恢复后的图像；

[0049] 图5(b)是对图4(b)进行恢复后的图像；

[0050] 图6是实施例2的流程图；

[0051] 图7是二值化彩色图像及该二值化图像的色度谱，其中，a)是一幅二值化彩色图像，b)从上到下依次是a)的红、绿、蓝三个颜色分量的色度谱。

具体实施方式

[0052] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0053] 实施例1：一种彩色图像的二值化方法，包括下列步骤，如图3所示： [0054] (一)步骤1，选择图1所示的两幅彩色图像为源图像Si，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)，并计算源图像的亮度值Gray(x，y)；

[0055] (二)步骤2，计算源图像的平均亮度AGSi，所述平均亮度AGSi可由下式获得： [0056]

[0057] 上式中，Gray(x，y)为源图像像素点(x，y)的亮度值，M、N分别为源图像在X、Y方向的像素数；

[0058] (三)步骤3，利用Zadeh-X变换方法对源图像的红、绿、蓝三个分量进行二值化变换，生成变换后的彩色图像Di并计算该变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi； [0059] 所述Zadeh-X变换方法如下：

[0060]

[0061] 约束条件为：

[0062]

[0063] 上式中，O(x，y)表示源图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；T(k，x，y)表示变换后彩色图像Di的红、绿、蓝三种分量的色度值；Delta＝1，k为1～ 255的整数，Theta为0～255的整数；

[0064] 不同的k的取值，可以得到不同的色度谱带宽的彩色二值化图像，当取k＝255，生成的变换后的彩色图像Di有最大的带宽，所得的二值化图像的视觉质量最好。本实施例中k＝255。

[0065] 在k为定值的情况下，在0～255范围内扫描Theta的值，Theta每取一个值，对应一个变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi；

[0066] (四)步骤4，确定保亮度二值化变换的结果图像，其具体方法如下： [0067] 将每个变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi与源图像的平均亮度AGSi进行比较，搜索与源图像的平均亮度AGSi最接近的变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi，并确定该AGDi对应的Theta值，该Theta所对应的变换后的彩色图像Di，为保亮度二值化变换的结果图像，即二值化彩色图像。

[0068] 为了加快Theta的扫描速度，在所述步骤3和步骤4中，可按如下顺序扫描Theta：以127为起点，从起点开始按每次增1或减1的方式变化，每变化一次，获得对应的所述变换后彩色图像Di的平均亮度AGDi，将该AGDi与源图像的平均亮度AGSi进行比较，确定接近源图像平均亮度AGSi的Theta扫描方向。

[0069] 具体操作为：

[0070] 给定一个源图像与变换后图像的适当亮度差的阈值AGT，使得变换后彩色图像的平均亮度AGDi与源图像的平均亮度AGSi之差P满足：

[0071] P＝|AGDi-AGSi|≤AGT

[0072] 在向一个方向扫描时，P大于AGT，且P随着Theta的变化而增大，则放弃该方向的扫描。

[0073] 图1的两幅源图像经过二值化变换后的结果图像见图2，它们对应的Theta值分别为121、92。与源图像相比，二值化后的彩色图像亮度的变化都在1个亮度级范围内，因此给人的视觉效果十分接近源图像。

[0074] 实施例2：一种二值化彩色图像的隐藏和恢复方法，如图6所示，按以下步骤进行：

[0075] 步骤1，选择图2(a)和(b)所示的二值化彩色图像为源图像，获取源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)，并确定所述源图像的红、绿、蓝三种分量色度值的最大者为b，最小者为a；图2(a)和图2(b)的a＝0，b＝255。 [0076] 步骤2，利用Zadeh-X变换方法分别对源图像每个像素点的红、绿、蓝三种分量的色度值R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)进行变换，实现对源图像的隐藏，获得隐藏后人类视觉看不见的彩色图像；隐藏后的图像如图4(a)和图4(b)所示。

[0077] 所述Zadeh-X变换方法如下：

[0078]

[0079] 约束条件为：

[0080]

[0081] 上式中，O(x，y)表示源图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；T(k，x，y)表示隐藏后二值化彩色图像的红、绿、蓝三种分量的色度值；Delat、k、Theta为取整数的变换参数，Delta＝1，0＜k≤10，a≤Theta＜b；

[0082] 本实施例中，图4(a)和图4(b)的变换参数k＝1，Theta＝0。

[0083] 所述Zadeh-X变换中，每个像素点的变换参数相同；

[0084] 步骤3，利用所述Zadeh-X变换对隐藏后彩色图像进行恢复，获得恢复后的图像，如图5(a)和图5(b)所示，该恢复后的图像与源图像相同；

[0085] 在进行所述Zadeh-X变换时，变换参数分别取值为：Delta＝1，k＝255，Theta＝隐藏后图像的左边界值，即Theta＝0。