一种医学图像可逆信息嵌入与提取的方法及装置

本发明涉及多媒体信息安全，具体涉及一种基于双边直方图平移的医学图像可逆信息嵌入与提取的方法及装置。

背景技术：

1、随着信息技术和通信技术的快速发展，保护信息的安全性和隐私性已成为一个重要议题。特别是在医学图像领域，由于涉及到个人隐私和诊断信息，需要确保数据的机密性和完整性。可逆信息隐藏技术(reversible data hiding，简称为rdh)允许在不损害原始载体的情况下嵌入和提取信息，这一技术在军事通信、医疗影像以及法律文件等对数据完整性要求极高的场合具有重要应用。

2、目前现有的可逆信息隐藏技术主要包括直方图平移技术。其优点是水印不可见性好，计算简单，但直方图平移技术存在局限性，例如，嵌入的信息量依赖于图像特征的分布，在嵌入较大量信息时还可能会引起图像的可见失真。此外，直方图平移技术未能充分考虑医学图像的特殊性，例如ct图像中的前景背景分离和高对比度特征，从而限制了其在医学图像信息隐藏中的应用效果。

技术实现思路

1、本发明旨在提供医学图像可逆信息嵌入与提取的方法及装置，能够解决相关技术嵌入的信息量依赖于图像特征的分布，在嵌入较大量信息时还可能会引起图像的可见失真的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种医学图像可逆信息嵌入方法，包括：使用图像分割算法将该医学图像分割为前景区域和背景区域；使用双边直方图平移方法在该前景区域中嵌入秘密信息，得到载密前景区域图像；使用最低位像素值替换方法在该背景区域中嵌入附加信息，得到载密背景区域图像；将该载密前景区域图像和该载密背景区域图像合并，得到载密医学图像。

3、优选地，使用双边直方图平移方法在该前景区域中嵌入秘密信息得到载密前景区域图像包括：统计该前景区域的像素值，得到双峰分布的像素直方图；使用tl、td、tr三个值将该像素直方图分为四个区域：ll、lr、rl、rr；其中，tl为左峰的像素值，tr为右峰的像素值，td为该左峰和该右峰之间的最低像素值；对该四个区域的像素直方图hll、hlr、hrl、hrr，通过以下公式计算像素失真函数dis(h)：dis(h)＝mdis(h)+sdis(h)；其中mdis(h)为像素直方图h合并引入的像素失真，sdis(h)为像素直方图h平移引入的像素失真；根据该像素失真函数dis(h)，计算该秘密信息嵌入后的像素值p’，得到载密前景区域图像。

4、优选地，根据该像素失真函数dis(h)计算该秘密信息嵌入后的像素值p’包括：根据dis(hll)和dis(hlr)，确定该左峰的像素直方图平移方向为dl；根据dis(hrl)和dis(hrr)，确定该右峰的像素直方图平移方向为dr；根据该dl和该dr，计算该秘密信息嵌入后的像素值p’。

5、优选地，根据该dl和该dr计算该秘密信息嵌入后的像素值p’包括：p’＝p+dl×b或p’＝p+dr×b；其中，p为该医学图像的像素灰度值，p的取值为0到255的整数值；b为嵌入的该秘密信息，b的取值为0或1。

6、优选地，使用图像分割算法将该医学图像分割为前景区域和背景区域包括：将尺寸为m×n的所述医学图像存储为矩阵i，i＝{im,n|m＝1,2,…,m,n＝1,2,…,n}；其中im,n表示该医学图像中第m行第n列的像素值，m为该医学图像的矩阵总行数，n为该医学图像的矩阵总列数；利用otsu算法对该矩阵i中的像素值分割为该前景区域和该背景区域。

7、优选地，该附加信息包括：矩阵sm、该tl、该td、该tr、该dl和该dr，该矩阵sm的尺寸为m×4，该矩阵sm中每一行用于存储该矩阵i中对应行的该前景区域和该背景区域的分割结果。

8、根据本发明的另一个方面，提供了一种医学图像可逆信息提取方法，包括：使用图像分割算法将该医学图像分割为前景区域和背景区域；使用最低位像素值替换方法在该背景区域中提取附加信息，得到提取后的背景区域；根据该附加信息，使用双边直方图平移方法在该前景区域中提取秘密信息，得到提取后的前景区域；合并该提取后的背景区域和该提取后的前景区域，得到提取后的医学图像。

9、优选地，根据所提取的该附加信息，使用该双边直方图平移方法在该前景区域中提取该秘密信息，得到提取后的该前景区域包括：统计该前景区域的像素值，得到双峰分布的像素直方图；使用tl、td、tr三个值将该像素直方图分为四个区域：ll、lr、rl、rr；其中，tl为左峰的像素值，tr为右峰的像素值，td为该左峰和该右峰之间的最低像素值；对该四个区域的像素直方图hll、hlr、hrl、hrr，通过以下公式计算像素失真函数dis(h)：dis(h)＝mdis(h)+sdis(h)；其中mdis(h)为像素直方图h合并引入的像素失真，sdis(h)为像素直方图h平移引入的像素失真；根据dis(hll)和dis(hlr)，确定该左峰的像素直方图平移方向为dl；根据dis(hrl)和dis(hrr)，确定该右峰的像素直方图平移方向为dr；根据该dl和该dr，将该秘密信息嵌入后的像素值p’按照以下公式计算该医学图像的像素灰度值p，并提取该秘密信息b：p’＝p+dl×b或p’＝p+dr×b；其中，p为该医学图像的像素灰度值，p的取值为0到255的整数值；b为嵌入的该秘密信息，b的取值为0或1。

10、根据本发明的又一个方面，提供了一种医学图像可逆信息嵌入装置，包括：分割模块，用于使用图像分割算法将该医学图像分割为前景区域和背景区域；秘密信息嵌入模块，用于使用双边直方图平移方法在该前景区域中嵌入秘密信息，得到载密前景区域图像；附加信息嵌入模块，用于使用最低位像素值替换方法在该背景区域中嵌入附加信息，得到载密背景区域图像；合并模块，用于将该载密前景区域图像和该载密背景区域图像合并，得到载密医学图像。

11、根据本发明的再一个方面，提供了一种医学图像可逆信息提取装置，包括：分割模块，用于使用图像分割算法将该医学图像分割为前景区域和背景区域；附加信息提取模块，使用最低位像素值替换方法在该背景区域中提取附加信息，得到提取后的背景区域；秘密信息提取模块，根据该附加信息，使用双边直方图平移方法在该前景区域中提取秘密信息，得到提取后的前景区域；合并模块，合并该提取后的背景区域和该提取后的前景区域，得到提取后的医学图像。

12、本发明公开了一种医学图像可逆信息嵌入与提取的方法及装置，嵌入方法包括：使用图像分割算法将医学图像分割为前景区域和背景区域；使用双边直方图平移方法在前景区域中嵌入秘密信息，得到载密前景区域图像；使用最低位像素值替换方法在背景区域中嵌入附加信息，得到载密背景区域图像；将该载密前景区域图像和该载密背景区域图像合并，得到载密医学图像。本发明能够解决相关技术中嵌入的信息量依赖于图像特征的分布，在嵌入较大量信息时还可能会引起图像的可见失真的问题。

技术特征：

1.一种医学图像可逆信息嵌入方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用双边直方图平移方法在所述前景区域中嵌入秘密信息得到载密前景区域图像包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述像素失真函数dis(h)计算所述秘密信息嵌入后的像素值p’包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述dl和所述dr计算所述秘密信息嵌入后的像素值p’包括：

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使用图像分割算法将所述医学图像分割为前景区域和背景区域包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述附加信息包括：矩阵sm、所述tl、所述td、所述tr、所述dl和所述dr，

7.一种医学图像可逆信息提取方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所提取的所述附加信息，使用所述双边直方图平移方法在所述前景区域中提取所述秘密信息，得到提取后的所述前景区域包括：

9.一种医学图像可逆信息嵌入装置，其特征在于，包括：

10.一种医学图像可逆信息提取装置，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种医学图像可逆信息嵌入与提取的方法及装置，嵌入方法包括：使用图像分割算法将医学图像分割为前景区域和背景区域；使用双边直方图平移方法在前景区域中嵌入秘密信息，得到载密前景区域图像；使用最低位像素值替换方法在背景区域中嵌入附加信息，得到载密背景区域图像；将该载密前景区域图像和该载密背景区域图像合并，得到载密医学图像。本发明能够解决相关技术中嵌入的信息量依赖于图像特征的分布，在嵌入较大量信息时还可能会引起图像的可见失真的问题。技术研发人员：蔡占川,贺丹受保护的技术使用者：澳门科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26