本发明公开了一种在数码迷彩中实现信息隐藏的方法及装置，包括数码迷彩信息的嵌入步骤与提取步骤，及其对应的实现装置。数码迷彩信息嵌入步骤如下：输入原始数码迷彩图像；分块统计或游程统计图像中各点阵单元的颜色；根据要嵌入的信息修改点阵单元的颜色，完成信息嵌入。数码迷彩信息提取步骤如下：输入数码迷彩图像；对图像进行旋转、几何畸变校正及缩放以得到最小点阵单元为整数像素的数码迷彩图像；判断各点阵单元的颜色；根据块内统计或游程统计结果提取出点阵单元的颜色。本发明能在数码迷彩中隐藏信息，并能准确提取出隐藏的秘密信息，完成信息的安全传递，扩展了数码迷彩在军事及防伪上的应用。
数码迷彩信息隐藏方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于图像处理领域，涉及一种数码迷彩中的信息隐藏技术，特别涉及数码迷彩中信息的嵌入和提取。
背景技术
[0002] 数码迷彩是综合运用先进技术手段的新一代迷彩伪装，它以人类对图形的视觉心理感受特性、数字成像点阵特性，以及人眼视觉对目标识别特性等作为设计依据，可对背景颜色、纹理和层次等细节信息进行高度仿真，并以数码“点阵”形式在目标表面呈现出来，所以被称为数码迷彩或像素点阵迷彩。
[0003] 数码迷彩良好的伪装效果引起了各国的关注，对数码迷彩的研究也越来越火热，而目前的大多研究集中在如何提高数码迷彩的伪装效果上，很少研究数码迷彩在其它方面的作用。
[0004] 数码迷彩图案由“点阵”单元组成，“点阵”跟图像中像素类似，是数码迷彩图案最小基本单元，这种像素点阵的特性，也为在数码迷彩中嵌入信息提供了条件。
[0005] 信息隐藏技术是信息安全的一种重要手段，在军事上，信息安全传递具有极其重要的意义。在不引起敌方察觉的情况下准确的将信息传递给我方，能提高我军作战信心与作战效率。然而战场环境瞬息万变，我方信息的传递极易受到地形、天气等周围环境影响与敌方的干扰与截获，因此综合运用多种传递方法成为了军事上的迫切需要。
[0006] 数码迷彩的特性为信息隐藏提供了可能性。如果将数码迷彩作为战况、部署等关键军事信息隐藏的载体，我方侦察人员从中提取出秘密信息，获取出我军的军事秘密，便能给战事带来有利的影响。因此有必要进一步拓展其在军事信息安全上的应用。另一方面，数码迷彩中的信息嵌入在迷彩服的防伪上也具有良好的应用前景。
发明内容
[0007] 为了克服军事信息在实际战场环境中安全传递的难题，为军事信息隐藏及迷彩服防伪提供更多的可能载体与手段，本发明提供了一种数码迷彩信息隐藏方法及装置，能有效的在数码迷彩中嵌入秘密信息，并能准确地将拍摄等途径得到的嵌入了信息的数码迷彩图案进行解密，从中提取出隐藏的秘密信息。
[0008] 数码迷彩信息隐藏方法包括数码迷彩信息嵌入步骤，和数码迷彩信息提取步骤；
[0009] 所述的数码迷彩信息嵌入步骤如下：
[0010] A，输入数码迷彩图像；
[0011] B，统计步骤A输入图像中各点阵单元的颜色；
[0012] C，根据统计结果及待嵌入的比特流，修改特定点阵单元的颜色，完成数码迷彩中信息的嵌入；
[0013] 所述的数码迷彩信息提取步骤如下：
[0014] D，输入数码迷彩图像；
[0015] E，校正图像几何失真；
[0016] F，判决校正后图像各点阵单元的颜色；
[0017] G，根据统计的判决结果，提取隐藏信息。
[0018] 所述的数码迷彩信息嵌入步骤的步骤B中的统计为将图像划分为大小为M×N的点阵单元的图像块后进行块内统计，或对各个颜色的出现顺序和重复次数进行游程统计；所述的M与N根据嵌入信息量的多少以及块特征颜色的提取方法综合确定；所述的游程统计对全部行、全部列、部分行、部分列或行列结合进行；所述的数码迷彩信息嵌入步骤的步骤C中数码迷彩中信息的嵌入过程中添加指示嵌入信息位置的标识符，标识符为设定的二进制码流，通过修改点阵单元的颜色嵌入图像；所述的数码迷彩信息嵌入步骤的步骤C中数码迷彩中信息的嵌入采取顺序嵌入、螺旋嵌入、中心向四周扫描嵌入等方式。
[0019] 所述的步骤C中的比特流采用加密处理和纠错编码。
[0020] 当步骤B采用块内统计时，所述的步骤C中嵌入信息的方法为：
[0021] 统计划分的各图像块内各点阵单元的颜色，以出现次数最多的颜色作为该图像块的特征颜色；修改块内点阵单元的颜色，以修改后特征颜色出现次数的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1；
[0022] 或者将数码迷彩中所有使用的颜色分为两组，一组标志为同一奇数值，另一组标志为同一偶数值；统计划分的各图像块内各点阵单元的颜色，将各点阵单元颜色的标志值相加；修改块内点阵单元的颜色，以修改后块内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1。
[0023] 当步骤B采用游程统计时，所述的步骤C中嵌入信息的方法为：
[0024] 统计游程长度大于L的点阵单元段，修改后续点阵单元的颜色，以修改后游程长度的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1；
[0025] 或者将数码迷彩中所有使用的颜色分为两组，一组标志为同一奇数值，另一组标志为同一偶数值；统计游程长度连续K次为1的点阵单元段，将段内各点阵单元颜色的标志值相加；修改段内点阵单元的颜色，以修改后段内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1。
[0026] 步骤E所述的校正图像失真的具体步骤包括：
[0027] 步骤H，采用直线围合选取校正区域，检测图像边缘，根据图像尺寸及几何畸变程度，整体或分段统计边缘的倾斜角度，确定围合校正区域的直线斜率；
[0028] 步骤I，确定最小点阵单元尺寸，对选取区域图像进行缩放、旋转及几何畸变校正，确保经过校正后的图像点阵单元的尺寸为整像素。
[0029] 步骤I所述的最小点阵单元的确定的方法为：统计各个像素点的颜色，根据其与峰值颜色的矢量距离判决该像素点的颜色为数码迷彩采用的主颜色还是混叠色，沿校正前或校正后的区域边界对各个颜色进行游程统计，找到游程长度最短的主颜色作为最小点阵单元长度的整数部分，利用混叠色与主颜色的色差求得最小点阵单元的小数部分。
[0030] 步骤F所述的点阵单元颜色判定的具体方法为：如果同一颜色在点阵单元中所占比例大于设定阈值，则该点阵单元判定为该颜色。
[0031] 步骤G所述的提取隐藏信息的方法为：当信息是分块统计嵌入，且以特征颜色出现次数的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，将全部点阵单元的判决结果划分为M×N的块，其中M与N与嵌入时的取值一致；统计块内出现次数最多的特征颜色，根据其块内出现次数的奇偶性判断该块嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；
[0032] 当信息是分块统计嵌入，且以块内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，将全部点阵单元的判决结果划分为M×N的块，其中M与N与嵌入时的取值一致；设定迷彩图像中使用的全部颜色的标志值，使得标志值为奇数和偶数的颜色数量和嵌入时的设定一致；根据设定的标志值，求得块内各点阵单元标志值之和，根据其奇偶性判断该块嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；对图像颜色可设定的标志值的所有可能组合进行遍历，直到找到正确的嵌入信息；
[0033] 当信息是游程统计嵌入，且以游程长度的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，游程统计各个颜色的出现顺序及重复次数，对于游程长度大于L的点阵单元段，根据其长度的奇偶性判断该块嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；
[0034] 当信息是游程统计嵌入，且以段内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，游程统计各个颜色的出现顺序及重复次数；设定迷彩图像中使用的全部颜色的标志值，使得标志值为奇数和偶数的颜色数量和嵌入时的设定一致；统计游程长度连续K次为
1的点阵单元段，将段内各点阵单元颜色的标志值相加；根据其奇偶性判断该段嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；对图像颜色可设定的标志值的所有可能组合进行遍历，直到找到正确的嵌入信息。
[0035] 数码迷彩信息隐藏方法的实现装置包括数码迷彩信息嵌入装置和数码迷彩信息提取装置，所述的数码迷彩信息嵌入装置包括：
[0036] 图像输入装置，用于原始数码迷彩图像的输入；
[0037] 点阵颜色统计装置，用于统计和判决各个点阵单元的颜色；
[0038] 点阵颜色修改装置，用于根据嵌入信息，修改点阵单元的颜色；
[0039] 所述的特征提取装置包括：
[0040] 图像输入装置，用于嵌入信息的数码迷彩图像的输入；
[0041] 失真校正装置，用于校正图像几何失真；
[0042] 点阵颜色统计装置，用于统计和判决各个点阵单元的颜色；
[0043] 信息提取装置，用于根据点阵颜色统计结果提取出嵌入的信息。
[0044] 本发明有益效果：利用数码迷彩图案由点阵构成的特点，在数码迷彩中嵌入秘密信息。我方人员通过拍摄等途径获取数码迷彩图案，从中提取出秘密信息，从而保证了军事上信息传递的秘密性及安全性，为军事上的信息隐藏技术及迷彩服防伪提供了新的实现手段，也拓展了数码迷彩的应用范围。
附图说明
[0045] 图1(a)是本发明数码迷彩信息嵌入步骤的流程示意图。
[0046] 图1(b)是本发明数码迷彩信息提取步骤的流程示意图。
[0047] 图2是数码迷彩信息嵌入步骤中输入的一幅原始数码迷彩图像。
[0048] 图3是数码迷彩信息嵌入步骤中输入的数码迷彩图像上的一个参考块。
[0049] 图4是在图3所示块内嵌入信息后，点阵颜色修改后的块图像。
[0050] 图5是对图2所示数码迷彩图像嵌入284比特信息后的数码迷彩图像。
[0051] 图6是数码迷彩信息提取步骤中输入的一幅拍摄得到的数码迷彩图像。
[0052] 图7是数码迷彩信息提取步骤中对于拍摄的数码迷彩图像选定子区域求取校正区域边界方法示意图。
[0053] 图8是数码迷彩信息提取步骤中拍摄的数码迷彩图像选定的校正区域。
[0054] 图9是数码迷彩信息提取步骤中经过几何畸变校正和缩放处理的数码迷彩图像。
[0055] 图10是图9所示的数码迷彩图像中的一个参考块。
[0056] 图11(a)是本发明数码迷彩信息嵌入装置的原理模块框图。
[0057] 图11(b)是本发明数码迷彩信息提取装置的原理模块框图。
具体实施方式
[0058] 以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
[0059] 数码迷彩信息隐藏方法包括数码迷彩信息嵌入步骤，和数码迷彩信息提取步骤；
[0060] 所述的数码迷彩信息嵌入步骤如下：
[0061] A，输入数码迷彩图像；
[0062] B，统计步骤A输入图像中各点阵单元的颜色；
[0063] C，根据统计结果及待嵌入的比特流，修改特定点阵单元的颜色，完成数码迷彩中信息的嵌入；
[0064] 所述的数码迷彩信息提取步骤如下：
[0065] D，输入数码迷彩图像；
[0066] E，校正图像几何失真；
[0067] F，判决校正后图像各点阵单元的颜色；
[0068] G，根据统计的判决结果，提取隐藏信息。
[0069] 所述的数码迷彩信息嵌入步骤的步骤B中的统计为将图像划分为大小为M×N的点阵单元的图像块后进行块内统计，或对各个颜色的出现顺序和重复次数进行游程统计；所述的M与N根据嵌入信息量的多少以及块特征颜色的提取方法综合确定；所述的游程统计对全部行、全部列、部分行、部分列或行列结合进行；所述的数码迷彩信息嵌入步骤的步骤C中数码迷彩中信息的嵌入过程中添加指示嵌入信息位置的标识符，标识符为设定的二进制码流，通过修改点阵单元的颜色嵌入图像；所述的数码迷彩信息嵌入步骤的步骤C中数码迷彩中信息的嵌入采取顺序嵌入、螺旋嵌入、中心向四周扫描嵌入等方式。
[0070] 所述的步骤C中的比特流采用加密处理和纠错编码。
[0071] 当步骤B采用块内统计时，所述的步骤C中嵌入信息的方法为：
[0072] 统计划分的各图像块内各点阵单元的颜色，以出现次数最多的颜色作为该图像块的特征颜色；修改块内点阵单元的颜色，以修改后特征颜色出现次数的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1；
[0073] 或者将数码迷彩中所有使用的颜色分为两组，一组标志为同一奇数值，另一组标志为同一偶数值；统计划分的各图像块内各点阵单元的颜色，将各点阵单元颜色的标志值相加；修改块内点阵单元的颜色，以修改后块内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1。
[0074] 当步骤B采用游程统计时，所述的步骤C中嵌入信息的方法为：
[0075] 统计游程长度大于L的点阵单元段，修改后续点阵单元的颜色，以修改后游程长度的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1；
[0076] 或者将数码迷彩中所有使用的颜色分为两组，一组标志为同一奇数值，另一组标志为同一偶数值；统计游程长度连续K次为1的点阵单元段，将段内各点阵单元颜色的标志值相加；修改段内点阵单元的颜色，以修改后段内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1。
[0077] 步骤E所述的校正图像失真的具体步骤包括：
[0078] 步骤H，采用直线围合选取校正区域，检测图像边缘，根据图像尺寸及几何畸变程度，整体或分段统计边缘的倾斜角度，确定围合校正区域的直线斜率；
[0079] 步骤I，确定最小点阵单元尺寸，对选取区域图像进行缩放、旋转及几何畸变校正，确保经过校正后的图像点阵单元的尺寸为整像素。
[0080] 步骤I所述的最小点阵单元的确定的方法为：统计各个像素点的颜色，根据其与峰值颜色的矢量距离判决该像素点的颜色为数码迷彩采用的主颜色还是混叠色，沿校正前或校正后的区域边界对各个颜色进行游程统计，找到游程长度最短的主颜色作为最小点阵单元长度的整数部分，利用混叠色与主颜色的色差求得最小点阵单元的小数部分。
[0081] 步骤F所述的点阵单元颜色判定的具体方法为：如果同一颜色在点阵单元中所占比例大于设定阈值，则该点阵单元判定为该颜色。
[0082] 步骤G所述的提取隐藏信息的方法为：当信息是分块统计嵌入，且以特征颜色出现次数的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，将全部点阵单元的判决结果划分为M×N的块，其中M与N与嵌入时的取值一致；统计块内出现次数最多的特征颜色，根据其块内出现次数的奇偶性判断该块嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；
[0083] 当信息是分块统计嵌入，且以块内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，将全部点阵单元的判决结果划分为M×N的块，其中M与N与嵌入时的取值一致；设定迷彩图像中使用的全部颜色的标志值，使得标志值为奇数和偶数的颜色数量和嵌入时的设定一致；根据设定的标志值，求得块内各点阵单元标志值之和，根据其奇偶性判断该块嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；对图像颜色可设定的标志值的所有可能组合进行遍历，直到找到正确的嵌入信息；
[0084] 当信息是游程统计嵌入，且以游程长度的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，游程统计各个颜色的出现顺序及重复次数，对于游程长度大于L的点阵单元段，根据其长度的奇偶性判断该块嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；
[0085] 当信息是游程统计嵌入，且以段内标志值之和的奇偶来表征嵌入二进制比特信息0或1时，游程统计各个颜色的出现顺序及重复次数；设定迷彩图像中使用的全部颜色的标志值，使得标志值为奇数和偶数的颜色数量和嵌入时的设定一致；统计游程长度连续K次为
1的点阵单元段，将段内各点阵单元颜色的标志值相加；根据其奇偶性判断该段嵌入的信息比特位为0还是1；找到标识符，提取出嵌入的比特流；视嵌入时的情况进行检错和解密；对图像颜色可设定的标志值的所有可能组合进行遍历，直到找到正确的嵌入信息。
[0086] 数码迷彩信息隐藏方法的实现装置包括数码迷彩信息嵌入装置和数码迷彩信息提取装置，所述的数码迷彩信息嵌入装置包括：
[0087] 图像输入装置，用于原始数码迷彩图像的输入；
[0088] 点阵颜色统计装置，用于统计和判决各个点阵单元的颜色；
[0089] 点阵颜色修改装置，用于根据嵌入信息，修改点阵单元的颜色；
[0090] 所述的特征提取装置包括：
[0091] 图像输入装置，用于嵌入信息的数码迷彩图像的输入；
[0092] 失真校正装置，用于校正图像几何失真；
[0093] 点阵颜色统计装置，用于统计和判决各个点阵单元的颜色；
[0094] 信息提取装置，用于根据点阵颜色统计结果提取出嵌入的信息。实施例
[0095] 本实施例所述数码迷彩信息隐藏方法中的信息嵌入步骤如下：输入数码迷彩图像；将图像分成尺寸为包含M×N的点阵单元的图像块；统计块内各种颜色数量，并选取数量最多的特征颜色，其个数记为V；判断V的奇偶性；根据嵌入的信息内容修改V的奇偶特征，完成信息嵌入。本实施例所述数码迷彩信息隐藏方法中的信息提取步骤如下：输入嵌入了信息的数码迷彩图像；选取校正区域，对图像进行几何失真校正；将图像分成M×N的块；统计块内各种颜色数量，并选取数量最多的特征颜色，其个数记为V；如果V为奇数，提取信息1，如果V为偶数，提取信息0。
[0096] 图1是本发明提供的数码迷彩信息隐藏方法的原理流程图。包括图1(a)所示的数码迷彩信息嵌入步骤和图1(b)所示的数码迷彩信息提取步骤两部分。
[0097] 图1(a)所示的数码迷彩信息嵌入步骤的具体实施过程如下：
[0098] 步骤一，输入原始数码迷彩图像，如图2所示。
[0099] 步骤二，将图2所示原始数码迷彩图像分块，本实施例中每个块设定为3×3大小的点阵单元。
[0100] 步骤三，对块内每种颜色进行统计。以图3所示的3×3大小的图像块为例，此图像块共含有4种颜色，其中第一行第一个点阵单元为中绿色，第二行第三个点阵单元为浅绿色，第三行最后一个点阵单元为白色，其余6个点阵单元都是深绿色；个数最多的颜色为深绿色，则记深绿色为此图像块的特征颜色，特征值V=6。依次求取各个图像块的特征颜色和特征值。
[0101] 步骤四，将待嵌入的信息码流进行加密和纠错编码，标识符设定为重复连续出现16次的0，依次将标志符和进行了加密和纠错编码的正文信息依照中心向四周扫描的方式嵌入到数码迷彩图像中。经步骤C计算，图3所示图像块的特征值V=6，为偶数，如果要嵌入的信息比特位为’0’，则不需要修改颜色；如果将要嵌入的比特位为’1’，则将V的值修改成奇数，实施例中V的值变为奇数5，特征值修改后的图像块如图4所示。按照同样的方法依次修改各个图像块的颜色，完成秘密信息的嵌入。图5所示即为嵌入了284比特信息后的数码迷彩图像。
[0102] 图1(b)所示的数码迷彩信息提取步骤的具体实施过程如下：
[0103] 步骤一，输入嵌入了信息，且发生了几何畸变的数码迷彩图像，如图6所示为拍摄得到的嵌入了信息的数码迷彩图像。
[0104] 步骤二，逐段统计图像各个区域的边界，选取校正区域：
[0105] 采用Sobel算子求得图像边缘，及边缘的梯度方向。如图7所示，首先选取图像上方的子区域，统计该区域内的边缘点像素不同角度出现频次，以角度为横坐标，频次为纵坐标作出角度统计图，通过拟合，选取峰值点横坐标的正切值作为该区域边界直线的斜率，依次对图像不同区域进行统计，由此选取如图8中实线围合的区域作为校正区域。
[0106] 步骤三，对图像进行畸变校正：
[0107] 得到校正区域四个顶点A、B、C、D的坐标，设定校正后的顶点A’、B’、C’、D’的坐标，对于线性空间变换来说，校正后图像的坐标(x,y)和原始图像坐标(x’,y’)之间满足：
[0108]
[0109] 式中，aij、bij为多项式系数，N=3。将两者坐标带入到线性空间变换的表达式中，得到线性变换系数，然后将校正前的选取区域像素变换到校正后的坐标系中，完成图像几何畸变校正。
[0110] 步骤四，利用游程统计求出最小点阵单元尺寸，对校正后的图像进行缩放，使得缩放后每个点阵单元的尺寸为整数像素，缩放后的图像如图9所示。
[0111] 步骤五，判决各点阵单元的颜色：
[0112] 依据缩放后的点阵单元尺寸对图像进行划分，统计每个点阵单元的颜色，设定阈值为2/3，即只要一个点阵单元内，同一颜色出现次数所占比例大于2/3，即判定该颜色为此点阵单元的颜色。
[0113] 步骤六，将图9所示图像进行分块，每个块包括3×3大小的点阵单元。
[0114] 步骤七，对块内每种颜色进行统计。以图10所示的3×3大小的图像块为例，此图像块共含有2种颜色，其中深绿色个数为5，浅绿色个数为4；个数最多的颜色为深绿色，则记深绿色为此块的特征颜色，特征值V为5。依次求取各个图像块的特征颜色和特征值。
[0115] 步骤八，图10所示图像块的特征值V为5，是奇数，因此从该图像块提取信息’1’；找到标识符，依照设定的中心向四周嵌入的方式依次提取各个图像块中嵌入的信息；在图像中寻找通过检错和解密恢复秘密信息。
[0116] 本实施例所述数码迷彩信息隐藏装置，包括数码迷彩信息嵌入装置和数码迷彩信息提取装置。如图11(a)所示，数码迷彩信息嵌入装置包括：图像输入装置，点阵颜色统计装置和点阵颜色修改装置。图像输入装置用于输入未嵌入秘密信息的数码迷彩图像，输入的图像随后送入点阵颜色统计装置判决出各个点阵单元的颜色，然后根据嵌入信息修改点阵单元的颜色，完成信息的嵌入。
[0117] 如图11(b)所示，数码迷彩信息提取装置包括图像输入装置，失真校正装置，点阵颜色统计装置及信息提取装置。嵌入了信息的数码迷彩图像送入图像输入装置，然后通过失真校正装置对图像的旋转、几何畸变进行校正，并计算最小点阵单元的尺寸，对图像进行缩放。经过失真校正的图像送入点阵颜色统计装置，判决各个点阵单元的颜色，然后根据点阵颜色的统计结果提取出隐藏的信息。
[0118] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
