基于四元数理论的彩色图像信息隐藏技术

论文摘要

本论文主要研究了基于四元数理论的彩色图像信息隐藏技术,包括彩色图像的加密、隐写术和数字水印技术。将一幅彩色图像表示为一四元数矩阵,将此矩阵在傅里叶变换前后各乘以一个四元数随机相位掩模函数,以实现彩色图像的加密;将彩色宿主图像表示为一四元数矩阵并进行整体的傅里叶变换或余弦变换,适当修改变换域的系数,从而可以在宿主图像的变换域中嵌入秘密信息或水印图像,以实现信息的隐藏。本文具体内容包括以下几个方面:1、应用光学图像加密的思想,将离散四元数傅里叶变换(DOFT)与双随机相位加密技术相结合,把彩色图像作为一个整体进行加密。把待加密彩色图像表示为一离散四元数矩阵,将此四元数矩阵在傅里叶变换前后均进行基于光学原理的双随机相位加密,即在空间域和频率域各乘以一个四元数随机相位掩模函数,实现对彩色图像的加密。由于双随机相位加密技术有很高的安全性,在不知密钥的情况下要解密图像几乎是不可能的,由此保证了加密系统的安全性。文中给出了模拟实验结果,并讨论了高斯噪声和椒盐噪声对实验结果的影响。2、分析了离散四元数傅里叶变换(DQFT)的特性,并将结论应用到彩色图像的隐写术中。对彩色宿主图像做离散四元数傅里叶变换,利用DOFT的特性,将加密后的图像作为秘密信息隐藏在彩色宿主图像的频率域中,实现秘密信息的隐写。该方法将信息加密与信息隐藏相结合,提高了秘密信息的安全性。3、分析了离散四元数余弦变换(DQCT)的特性,将离散四元数余弦变换(DQCT)应用于彩色图像的数字水印技术中,提出了一种在彩色图像中嵌入水印的新技术。把彩色宿主图像表示为一四元数矩阵,并进行DOCT变换,利用DQCT的特性,通过修改频率域系数实现彩色水印图像的嵌入。该方法具有较好的抗压缩能力,对高斯噪声、椒盐噪声和图像缩放处理具有较好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 第一节 研究的意义
• 第二节 信息隐藏概述
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 信息隐藏的模型和主要术语
• 1.2.3 隐写术
• 1.2.4 数字水印
• 1.2.5 信息隐藏与信息加密
• 1.2.6 图像质量的评价标准
• 第三节 信息隐藏技术的研究现状
• 第四节 基于四元数理论的彩色图像处理研究现状
• 第五节 本文的主要内容
• 第六节 本文的创新之处
• 第二章 基于四元数理论的彩色图像处理技术
• 第一节 彩色图像处理基础
• 2.1.1 三原色原理
• 2.1.2 彩色模型
• 第二节 四元数理论基础
• 2.2.1 四元数的定义和运算规则
• 2.2.2 离散四元数傅里叶变换
• 2.2.3 离散四元数余弦变换
• 第三节 彩色图像的四元数空间描述
• 第三章 基于离散四元数傅里叶变换的彩色图像加密技术
• 第一节 引言
• 第二节 彩色图像的四元数傅里叶变换
• 3.2.1 彩色图像的四元数空间描述
• 3.2.2 彩色图像的四元数傅里叶变换
• 第三节 双随机相位加密技术
• 3.3.1 图像的加密和解密
• 3.3.2 双随机相位加密技术
• 第四节 基于离散四元数傅里叶变换的双随机相位加密技术
• 3.4.1 加密过程
• 3.4.2 解密过程
• 3.4.3 性能分析
• 第五节 模拟实验结果
• 3.5.1 模拟实验结果
• 3.5.2 鲁棒性测试
• 第六节 本章小结
• 第四章 基于离散四元数傅里叶变换的彩色图像隐写术
• 第一节 引言
• 第二节 彩色图像的四元数傅里叶变换特性分析
• 4.2.1 彩色图像的四元数傅里叶变换
• 4.2.2 频谱各分量的奇偶性分析
• 4.2.3 自对称图像的DQFT
• 4.2.4 非自对称图像的DQFT
• 4.2.5 不同的图像在嵌入和提取时对系统的影响
• 第三节 基于离散四元数傅里叶变换的彩色图像隐写术
• 4.3.1 秘密信息的嵌入
• 4.3.2 秘密信息的提取
• 第四节 模拟实验结果及分析
• 4.4.1 模拟实验结果
• 4.4.2 性能分析
• 第五节 本章小结
• 第五章 基于离散四元数余弦变换的彩色图像数字水印技术
• 第一节 引言
• 第二节 彩色图像的四元数余弦变换
• 5.2.1 彩色图像的四元数余弦变换
• 5.2.2 在彩色图像的DQCT变换域嵌入水印的前提条件
• 第三节 基于离散四元数余弦变换的彩色图像数字水印技术
• 5.3.1 水印的嵌入
• 5.3.2 水印的提取
• 第四节 模拟实验结果及分析
• 5.4.1 模拟实验结果
• 5.4.2 鲁棒性分析
• 第五节 小结
• 第六章 总结和展望
• 第一节 总结
• 6.1.1 完成的主要工作
• 6.1.2 主要创新点
• 第二节 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及攻读博士期间发表的学术论文与研究成果