A Fast Distortion-Free Data Hiding Method for High Dynamic Range Images and Its Application to Image Encoding

Abstract

在真實世界中，亮度值的範圍通常可以擴展到好幾個數量級，也就是說，如果想要擷取這些亮度值的話，那我們需要以高動態範圍（HDR）資料來表示之。有許多研究已經證明了HDR 影像的表現在許多應用，例如監看、遙測、空間、電腦圖學以及醫學上，都比傳統LDR 影像來得好。另一方面，由於一些重量級的商用影像編輯軟體，例如Photoimpact 以及Photoshop 等，也都開始提供HDR 影像的合成與基本編修的功能，這也使得HDR 影像的獲得變的簡單且愈來越普遍。數位多媒體資料是目前在網際網路上最方便與最普及的傳輸媒介，因此多媒體資料的資訊隱藏技術在近年來越來越受到重視。這幾年來，雖然有很多的資訊隱藏技術被提出，但是他們都是為一般低動態範圍影像所設計的，例如灰階影像或24 位元之全彩影像等。在本研究中，我們將提出一個針對高動態範圍影像的無失真資料隱藏方法。由於人的視覺系統相似於亮度對數的動態範圍，所以我們提出先把每個像素值取對數後，接著使用影像直方圖導向的可回複式資料隱藏法來嵌入資訊，其在直方圖並且找出像素值為零(或最少)的像素以及像素值最多的像素，在輕微地更改影像的像素值而將資訊藏入偽裝影像中，最後再做指數運算還原回HDR 影像，以達到將對數的高動態範圍影像的誤差降到最小的目的。所提演算法其具有以下的優點：（一）計算速度快；（二）可隱藏大量資訊；（三）最重要的是其能使嵌有隱藏資訊的高動態範圍影像保持非常高的品質。HDR 未經過壓縮的影像，由於資料中有很大的冗餘存在，所以其檔案大小也在儲存與傳送上帶來很大的問題。所以在本研究中，我們將利用所提高動態範圍影像無失真資料隱藏法來發展一個高動態範圍影像編碼法。我們把高動態範圍影像經過色調對應後得到一低動態範圍影像，接著把比例影像（ratio image）經過無失真壓縮後，隱藏於色調對應後低動態範圍影像。所提出的方法有以下三個優點，（一）編碼後的HDR 影像能相容於一般LDR 影像處理系統；（二）其是無失真壓縮；（三）簡單且計算速度快。最後在HDR 影像品質評估方面，我們將使用Mantiuk 等人所提的高動態範圍影像視覺差異評估（visible difference predictor）法，其能有效反映出視覺上的差異效果。