基于(t，n)门限的数字图像分存技术的研究与实现

摘要

随着多媒体技术和互联网技术的迅速发展，数字图像的安全问题变得十分突出，也成为信息安全的一个重要研究方向，其主要包括数字图像的加密、隐藏、数字水印和图像分存等课题。目前人们主要集中研究数字图像的加密技术、隐藏技术和数字水印技术等，而对数字图像分存技术研究较少。数字图像分存技术作为数字图像安全的一个重要课题，其主要研究如何将一幅或多幅秘密图像经过分解生成n份影子图像，这刀份影子图像之间没有任何包含关系，只要获得影子图像中的t(t≤n)份，就可以恢复该秘密图像，如果影子图像少于t(t≤n)份，则秘密图像就无法得到恢复。数字图像分存技术为秘密图像合理地创建了备份，克服了以往保存副本的数量越大，安全性泄漏的危险就越大，保存副本的数量越小，则副本丢失的风险越大的缺点。因此，数字图像分存技术作为保护敏感数字图像信息的重要工具，在数字图像管理、图像数据的安全等方面有着非常广泛的应用。本文主要做了以下几方面的研究： 1、对当前数字图像分存技术研究工作进行了比较系统全面的总结和分析。 首先介绍了图像和数字图像的基本概念、数字图像的质量评价方法和评价指标、(t，n)门限定理以及分存技术背景，其次回顾了视觉分存技术和已经存在的数字图像分存技术，如利用拉格朗日多项式的常数项进行分存、基于动直线的图像分存、基于中国剩余定理的图像分存方法等 2、利用伽罗瓦域的拉格朗日插值多项式的各项系数进行数字图像分存。 介绍了实数域和伽罗瓦域的拉格朗日插值算法，利用伽罗瓦域的拉格朗日插值多项式的各项系数进行分存，给出了分存与恢复的直接公式、类C语言算法和具体步骤，并通过实例得到验证。 3、对不同的伽罗瓦域内的图像分存进行了比较和讨论。 通过大量实验，对数字图像分存所表现出的综合性能：安全性、数据膨胀率、抗破坏性等进行比较，对图像如何进行分块以及数据膨胀率如何进行有效控制给出了最理想的方法。 4、利用二维可逆细胞自动机进行数字图像分存。 首先介绍了二维细胞自动机模型，给出了分存和恢复步骤，并通过实例得到验证，该方法简化了拉格朗日插值的复杂计算，仅需简单的迭代操作就能成功。并通过分析，该方法是一个计算上安全的、完备的。 5、提出一个基于低位优化替换的自适应图像隐藏算法。 该算法通过对载体图像聚类分析，根据图像视觉特性自适应地调整载体图像像素中嵌入秘密信息的位数，并对嵌入了信息的像素位进行优化调整，提高了图像隐藏的质量。同时可以通过嵌入深度矩阵来确定哪些是受到破坏或者有噪声的影子像素，提高了影子图像的鲁棒性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文背景

1.1.1论文所属研究范畴

1.1.2信息安全

1.1.3图像信息安全

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

1.4本文的主要贡献

1.5论文的结构安排

1.6本章小结

第2章数字图像分存技术

2.1引言

2.2图像和数字图像

2.3数字图像的质量评价

2.3.1客观评价

2.3.2主观评价

2.4 Shamir的(t，n)门限定理

2.5分存技术(又称共享技术)背景

2.6可视化图像分存技术(叠像技术)

2.7数字图像分存技术

2.8本章小结

第3章拉格朗日插值的数字图像分存技术研究

3.1引言

3.2拉格朗日(Lagrange)插值定理

3.2.1算法过程

3.2.2实数域中的Lagrange插值定理

3.2.3伽罗瓦域的Lagrange插值定理

3.3数字图像分存与恢复的原理

3.3.1数字图像分存原理

3.3.2数字图像恢复原理

3.4数字图像分存函数与恢复函数的类C语言算法

3.4.1数字图像分存函数(lglrfjhs())的类C语言算法

3.4.2数字图像恢复函数(lglrhchs())的类C语言算法

3.5拉格朗日多项式的图像分存与恢复步骤

3.6本章小结

第4章数字图像分存方案的实现与讨论

4.1引言

4.2基于拉格朗日多项式的有损图像分存实例

4.3实验结果

4.4在不同的伽罗瓦域内的无损图像分存的比较

4.4.1当大素数q取值是17

4.4.2当大素数q取值是257

4.4.3当大素数q取值是65287

4.4.4三种情况的比较

4.5本章小结

第5章一种基于低位优化替换的图像隐藏方案

5.1引言

5.2载体图像中信息嵌入深度的确定

5.3低位替换的优化调整

5.3.1简单的低位替换方法

5.3.2像素值的优化调整

5.4信息的嵌入与提取

5.5实验结果

5.6本章小结

第6章一种基于细胞自动机的图像分存方案

6.1引言

6.2二维细胞自动机原理

6.3秘密图像分存方案

6.3.1系统参数

6.3.2秘密图像的分发

6.3.3秘密图像的重构

6.4实例

6.5安全性分析

6.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢