近年來(lái)，由于自動(dòng)立體顯示技術(shù)和立體眼鏡技術(shù)的發(fā)展，使得三維顯示的應(yīng)用日趨廣泛，而傳統(tǒng)的視覺文件加密方法在三維視頻領(lǐng)域內(nèi)尚無(wú)法取得令人滿意的效果，因此三維立體視覺加密研究具有重要意義。為了更有效地對(duì)三維視頻進(jìn)行加密，利用三維顯示的原理和特點(diǎn)，將其與視覺加密的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，提出了一種三維立體視覺加密新方法，該方法利用人眼視覺特性中的視差特性將隱藏信息巧妙地隱藏在右視圖中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法是有效的。

一、立體視覺加密

1、立體視覺基本原理

深度信息是人們對(duì)三維感知的最重要線索之一。眾所周知，人腦是通過對(duì)物體的深度線索進(jìn)行處理形成對(duì)三維世界的感知。大家知道，人類左右眼的視差是深度信息的主要來(lái)源，這是產(chǎn)生立體視覺的基本原理，其是通過將有視差關(guān)系的左視圖和右視圖單獨(dú)輸入到左眼與右眼，使人腦形成對(duì)圖像的立體感覺，這也是二維視覺加密技術(shù)無(wú)法直接應(yīng)用到三維顯示領(lǐng)域中的原因。如果能通過某種算法把隱藏信息放置于左視圖或右視圖中，并且從其中之一的圖片無(wú)法辨別隱藏信息，只有將對(duì)應(yīng)的左視圖和右視圖放置在一起，分別讓左眼和右眼感知，再通過人腦的合成作用，使人們?cè)诳吹搅Ⅲw圖像或視頻的同時(shí)，也能自動(dòng)解碼隱藏信息，就能實(shí)現(xiàn)在三維圖像中隱藏信息的目的。

2、立體視覺加密算法

如前文所述，左視圖、右視圖和深度信息構(gòu)成了立體視覺的基礎(chǔ)，因?yàn)橛勺笠晥D和右視圖可以通過計(jì)算生成深度信息。同樣的，由左視圖和深度信息也能生成右視圖。

本加密算法主要利用將隱藏信息置于深度圖中的方法，經(jīng)過對(duì)左視圖和深度信息的處理和計(jì)算生成右視圖，并完成視覺加密的過程。

在三維立體視覺中，左視圖和右視圖都是包含顏色信息的普通圖片或視頻，而深度信息是一張256色灰度圖，每個(gè)像素的亮度值由8bits表示，并且與二維圖像一一對(duì)應(yīng)，0到255代表了對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的二維像素和人眼的相對(duì)距離。本文中，O即黑色，代表離人眼最遠(yuǎn)，255即白色，代表離人眼最近。

如何獲知隱藏信息在深度圖中的位置是本算法主要的研究對(duì)象口由于深度圖和二維圖的每個(gè)像素之間有密切的關(guān)系，因此隱藏信息的位置主要由對(duì)應(yīng)的二維圖像決定a如果把隱藏信息放在二維圖像紋理較為簡(jiǎn)單的部分（如顏色相對(duì)單調(diào)的背景處），則由于無(wú)法引起雙眼的視差，從而導(dǎo)致不能形成立體視覺，同時(shí)也給隱藏信息的識(shí)別帶來(lái)困難。此外，盡管前景能形成更大的視差，但由于前景本身已經(jīng)具有一定的深度，因此在選擇隱藏信息嵌入位置的時(shí)候需要優(yōu)先考慮的是隱藏信息的深度與周圍圖像深度的差別，以便更容易地形成立體視覺。由于圖像的背景一般不具有深度信息（深度接近或等于零）。因此本文選取圖像背景作為主要的研究對(duì)象。

本文提出了一種根據(jù)水平方向紋理復(fù)雜度決定隱藏信息嵌入位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)立體視覺加密的方法。根據(jù)人眼的視覺特性，由于人眼對(duì)水平方向上的變化比對(duì)垂直方向上的變化更加敏感，因此水平方向的紋理復(fù)雜度可以作為一個(gè)重要的參考標(biāo)準(zhǔn)，而常用的估算紋理復(fù)雜度的方法是計(jì)算水平方向梯度。

本文采用Sobel算子計(jì)算水平方向梯度。設(shè)原圖像矩陣為H，經(jīng)過處理后的矩陣為^H，圖像矩陣中的數(shù)據(jù)都是原圖像的亮度值。Sobel算子為：

可通過對(duì)日中的像素進(jìn)行卷積運(yùn)算來(lái)得到^H，即：

由此可生成一張新的梯度圖（邊緣像素值由原圖對(duì)應(yīng)位置的像素代替），并計(jì)算與隱藏信息大小相同（本文中隱藏信息大小為64 ×64）的方格內(nèi)不等于0像索的數(shù)量，記為Ca，b，其Ca，b最大的估計(jì)為紋理復(fù)雜度最大處。

在計(jì)算出隱藏信息的放置位置后，就可以利用左視圖和深度信息生成右視圖。根據(jù)左視圖，在原始位置的基礎(chǔ)上利用深度信息對(duì)對(duì)應(yīng)像素進(jìn)行偏移的計(jì)算，這樣就能通過最簡(jiǎn)單的方法生成
右視圖。

如圖所示，P是空間中任一點(diǎn)，Z代表P點(diǎn)相對(duì)攝像機(jī)的深度，f是焦距，Cl和Cr分別是左攝像機(jī)和右攝像機(jī)在ZX平面上的投影點(diǎn)。tx是攝像機(jī)之間的x方向距離。P投影到成像平面上的點(diǎn)分別為(XL，y)，（Xc，y和（XR，y）。由圖所示的幾何關(guān)系可以得到以下公式：

由式(5)，式(6)可得：

d是視差，f是焦距，為不失一般性，這里f的取值為1。

由式(5)并根據(jù)自己的需要調(diào)整tx，的值，就可以在已知左視圖或右視圖的情況下，通過相對(duì)的深度信息，計(jì)算像素偏移從而得到另外一張視圖。在計(jì)算中，部分像素經(jīng)過偏移，會(huì)使這些像素點(diǎn)附近出現(xiàn)空洞，這主要是由于前景遮擋后景所造成的。本論文在填補(bǔ)空洞的時(shí)候僅采用最簡(jiǎn)單的方法，即用鄰近像素值代替。

盡管在最終得到的右視圖中包含有隱藏信息的內(nèi)容，但因?yàn)橄袼氐脑嘉恢脕?lái)自于左視圖，所以無(wú)法僅僅通過右視圖還原出隱藏信息。但只要通過佩戴特殊的立體眼鏡觀察左視圖和右視圖，就能達(dá)到對(duì)隱藏信息解密的目的。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證本文方法的效果，從一段三維視頻序列中取出一幀作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行了加密實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括一張二維圖片和對(duì)應(yīng)的深度信息，分辨率均為960×540pixel8(圖像來(lái)源為飛利浦東亞實(shí)驗(yàn)室三維顯示器的廣告視頻中的一幀，如圖(a)和圖(b)所示）。

在深度信息中，計(jì)算出水平紋理復(fù)雜度最大的位置，然后在該位置處插入要隱藏的信息（大寫K）。處理后的圖像如圖所示。

接著，可借助二維圖像和深度信息，通過像素偏移的計(jì)算來(lái)生成右視圖（如圖所示）。由圖可以看出，僅僅通過右視圖無(wú)法獲得完整的隱藏信息，但是若佩戴特殊的立體眼鏡，那么人眼就可以清楚地觀察到隱藏信息。

三維顯示技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)，而把視覺加密應(yīng)用到這個(gè)領(lǐng)域更是一種全新的嘗試。由于隱藏信息要求具備三維顯示設(shè)備才能清楚地故人眼識(shí)別，因此當(dāng)三維顯示技術(shù)普及之后，視覺加密會(huì)有更多的研究和應(yīng)用價(jià)值，比如商標(biāo)內(nèi)嵌、版權(quán)保護(hù)等等。視覺加密的多圖片信息共享與三維技術(shù)對(duì)不同視角的要求使兩者有很好的結(jié)合點(diǎn)。除了三維顯示技術(shù)以外，現(xiàn)在處于研究領(lǐng)域前沿的多視點(diǎn)視頻編碼也可以為視覺加密的發(fā)展提供新的空間。

admin

收藏 海報(bào)分享