实验报告模板szm分析解析

实验一：RGB图像分层及分层加强一：实验目的：

(1)了解图像的基本的类型和表示方式。

(2)了解索引图像中图像矩阵与调色板的关系。

(3)掌握RGB图像分层结构及分层加强的方法。

二：实验内容：

(1)熟悉并尝试使用Matlab的命令方式和程序方式处理数组及图像。

(2)用Matlab对RGB图像分层，并将图像的指定层加强。

三：实验过程：

1.3.1 索引图像的操作：

>> [data,map]=imread('c:\lenna256.jpg','jpg');%从C盘中读取jpg图像

>> image(data),colormap(map);%将读取的索引图像显示出来。

图1.1 索引图像

1.3.2 RGB颜色色谱的分层显示：

>> RGB=reshape(ones(64,1)*reshape(jet(64),1,192),[64,64,3]);

>> R=RGB(:,:,1);

>> G=RGB(:,:,2);

>> B=RGB(:,:,3);

>> subplot(141),imshow(R),title('红色分量');

>> subplot(142),imshow(G),title('绿色分量');

>> subplot(143),imshow(B),title('蓝色分量');

图1.2 RGB颜色色谱的分层显示

1.3.3 RGB图像分层显示和指定层的加强：

打开Matlab实验环境，在File选项中新建M-Flie。并在M-file中写入操作代码：

%将输入的RGB图像分层，并将图像的指定层加强

%输入格式举例：【imageRGB，imageR，imageG，imageB，result】=rgbanalysis('c:\lenna256.jpg','jpg',1)

function [imageRGB,imageR,imageG,imageB,result]=rgbanalysis(image,permission,level); imageRGB=imread(image,permission);

imageRGB=double(imageRGB)/255;

result=imageRGB;

%对图像进行分层提取

imageR=imageRGB(:,:,1);

imageG=imageRGB(:,:,2);

imageB=imageRGB(:,:,3);

%显示结果

subplot(321),imshow(imageRGB),title('原始图像');

subplot(322),imshow(imageR),title('R层灰度图像');

subplot(323),imshow(imageG),title('G层灰度图像');

subplot(324),imshow(imageB),title('B层灰度图像');

%对相应的层进行颜色加强

if level ==1

imageR=imageR+0.2;

end

if level==2

imageG=imageG+0.2;

end

if level==3

imageB=imageB+0.2;

end

result(:,:,1)=imageR;

result(:,:,2)=imageG;

result(:,:,3)=imageB;

imwrite(result,'temp.jpg','jpg');

result=imread('temp.jpg','jpg');

subplot(325),imshow(result),title('色彩增强的结果');

在Matlab命令行中输入如下指令：

>> [imageRGB,imageR,imageG,imageB,result]=rgbanalysis('c:\lenna256.jpg','jpg',1);

可得到实验结果图：

图1.3 RGB分层显示和加强图像

四：试验总结：

本实验是对RGB图像的分层及强化处理，而MATLAB在处理图像的时候是要将图像化为矩阵来处理，所以，在对图像处理前需要将图像转化为RGB图像矩阵，并分层提取，之后才能进行加强操作。在分层加强层时，R、G、B分别是1、2.、3对应该层。

本次实验加深了我们对课本内容的理解，同时加强了我们的学习兴趣，动手对图像进行操作更是从另一方面让我们学习MA TLAB知识。

实验二：LSB信息隐藏和提取

一：实验目的：

(1) 深入理解信息隐藏的相关内容，能进行简单的信息隐写和数字水印操作。

(2)掌握顺序选择像素点及随机选择像素点，将消息嵌入LSB并提取消息。

(3) 掌握相关工具的使用。

二：实验内容：

(1) 顺序选择像素点将消息嵌入LSB并提取消息。

(2) 随机选择像素点将消息嵌入LSB并提取消息。

(3)分析LSB算法的抗攻击能力。

三：实验详细过程：

2.3.1：顺序选择像素点将消息嵌入LSB并提取消息。

新建M-file编写顺序隐藏代码：

%函数功能:本函数将完成在LSB上的顺序信息隐秘

function [ste_cover,len_total]=lsbhide(input,file,output)

%读入图像矩阵

cover=imread(input);

ste_cover=cover;

ste_cover=double(ste_cover);

%将文本文件转换为二进制序列

f_id=fopen(file,'r');

[msg,len_total]=fread(f_id,'ubit1');

%判断嵌入消息量是否过大

[m,n]=size(ste_cover);

if len_total>m*n

error('嵌入消息量过大，请更换图像');

end

%p作为消息嵌入位数计数器

p=1;

for f2=1:n

for f1=1:m

ste_cover(f1,f2)=ste_cover(f1,f2)-mod(ste_cover(f1,f2),2)+msg(p,1);

if p==len_total

break;

end

p=p+1;

end

if p==len_total

break;

end

end

ste_cover=uint8(ste_cover);

imwrite(ste_cover,output);

%显示实验结果

subplot(1,2,1);imshow(cover); title(' 原始图像');

subplot(1,2,2);imshow(output);title('隐藏信息的图像');

保存后在命令行执行：>> [ste_cover,len_total]=lsbhide('lenna512.bmp','1.txt','d.bmp'); 得到如下对比图像：

图2.1 LSB空域信息隐藏后图像与原始图像对比

2.3.2：随机选择像素点将消息嵌入LSB并提取消息：

新建M-file文件写入代码：

%函数功能:本函数将完成随机选择LSB的信息隐秘

function [ste_cover,len_total]=randlsbhide(input,file,output,key)

%读入图像矩阵

cover=imread(input);

ste_cover=cover;

ste_cover=double(ste_cover);

%将文本文件转换为二进制序列

f_id=fopen(file,'r');

[msg,len_total]=fread(f_id,'ubit1');

%判断嵌入消息量是否过大

[m,n]=size(ste_cover);

if len_total>m*n

error('嵌入消息量过大，请更换图像');

end

%p作为消息嵌入位数计数器

p=1;

%调用随机间隔函数选取像素点

[row,col]=randinterval(ste_cover,len_total,key);

%在LSB隐秘消息

for i=1:len_total

ste_cover(row(i),col(i))=ste_cover(row(i),col(i))-mod(ste_cover(row(i),col(i)),2)+msg(p,1); if p==len_total

break;

end

p=p+1;

end

ste_cover=uint8(ste_cover);

imwrite(ste_cover,output);

%显示实验结果

subplot(1,2,1);imshow(cover); title(' 原始图像');

subplot(1,2,2);imshow(output);title('隐藏信息的图像');

在命令行输入如下指令：

>> [ste_cover,len_total]=randlsbhide('lenna512.bmp','1.txt','hided.bmp',213)

得到随机隐藏信息的图像:

图3.2随机选择像素点将消息嵌入LSB并提取消息

2.3.3：隐藏信息的提取：

前面通过实验已经将秘密信息隐藏在图像中，下面通过实验将隐藏的秘密信息提取出来：新建M-file文件：

%函数功能:本函数将完成提取隐秘于LSB上的秘密消息

function result=lsbget(output,len_total,goalfile)

ste_cover=imread(output);

ste_cover=double(ste_cover);

%判断嵌入消息量是否过大

[m,n]=size(ste_cover);

frr=fopen(goalfile,'a');

%p作为消息嵌入位数计数器,将消息序列写回文本文件

p=1;

for f2=1:n

for f1=1:m

if bitand(ste_cover(f1,f2),1)==1

fwrite(frr,1,'bit1');

result(p,1)=1;

else

fwrite(frr,0,'bit1');

result(p,1)=0;

end

if p==len_total

break;

end

p=p+1;

end

if p==len_total

break;

end

end

fclose(frr);

在命令行执行如下代码：result=lsbget('d.bmp',1736,'secret.txt');

可得到隐藏信息文件secret.txt，打开原文件对比：

图3.3 隐藏信息与提取信息对比

在新建随机信息提取文件M-file：

%函数功能:本函数将完成提取隐秘于LSB上的秘密消息

function result=randlsbget(output,len_total,goalfile,key)

ste_cover=imread(output);

ste_cover=double(ste_cover);

%判断嵌入消息量是否过大

[m,n]=size(ste_cover);

frr=fopen(goalfile,'a');

%p作为消息嵌入位数计数器,将消息序列写回文本文件

p=1;

%调用随机间隔函数选取像素点

[row,col]=randinterval(ste_cover,len_total,key);

for i=1:len_total

if bitand(ste_cover(row(i),col(i)),1)==1

fwrite(frr,1,'bit1');

result(p,1)=1;

else

fwrite(frr,0,'bit1');

result(p,1)=0;

end

if p==len_total

break;

end

p=p+1;

end

fclose(frr);

在命令行执行如下代码：result=randlsbget('hided.jpg',424,'secret2.txt',1988)

即可得到隐藏的信息共424，（原始隐藏文件是53个字符，对应与2进制正好424）

四：实验总结：

通过本次实验使我们对图像处理和信息隐藏有了更深的了解。图像在存储的时候是2进制代码形式，所以在本次实验中对信息的隐藏是通过将信息转化为2进制代码，替换到图像的最低有效位中去。另外，本实验对图像和信息数据量都是有要求的，为了能将图像简单处理，实验中用的几乎都是一些特殊大小的图像，隐藏的信息也是有大小限制的，为了能将信息全隐藏进图像，实验用的信息只有424Byte。

实验三：W-SVD 数字水印实验

【实验目的】：

（1） 了解图像小波变换。

（2） 掌握W-SVD 数字水印生成、嵌入、检测的方法。 （3） 了解数字水印基本模型。

（4） 学会stirmark 攻击W-SVD 的方法。

【实验内容】：（请将你实验完成的项目涂“■”）

【实验工具及平台】：

■ Windows+Matlab □ 其它：（请注明）

【实验分析】：

1、 请尽量使用曲线图、表等反映你的实验数据及性能

2、 对照实验数据从理论上解释原因

3、 如无明显必要，请．不要．．大量粘贴．．．．

实验效果图 4、 说明你在以下栏目中分析所使用的方法，给出实验数据，最后总结结论

1、水印强度参数α对水印鲁棒性的影响：

（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）

方法是将a 分别取0.01，0.05，0.1，0.5得到四张不同的嵌入水印图像（保持其他参数不变），再对这些图像做jpeg 压缩，计算出相应的相关值，用matlab 编程实现，得到下面四。

上面四张图分别是a=0.01,a=0.05,a=0.1,a=0.5,由上面四张图可以看出，水印强度系数a越大，水印鲁棒性越好。实验时d/n=0.99。所以检测的阙值取0.1，随着a的增大，误检率降低。

2、水印强度参数α对水印不可见性的影响：

（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）

用均方差来衡量a对水印不可见的影响。用matlab编写plotmse()函数绘图如下：

3、水印容量参数d/n对水印鲁棒性的影响：

（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）

方法是将d/n分别取0.01，0.1，0.3，0.99得到四张不同的嵌入水印图像，再对这些图像做jpg压缩，计算出相应的相关值，画出jpeg攻击-健壮性曲线和种子相关曲线。

当d/n=0.6时。要正确测出水印，把检测阙值定为0.8，在它的jpeg攻击-健壮性曲线上可以看出相关性值高于0.8的区域很少，它抗jpeg攻击的能力就很小。

当d/n=0.99时，要正确检测出水印，就要把检测阙值定为0.1，在它的jpeg攻击-健壮性曲线上可以看出相关性值高于0.1的区域比较大，它抗jpeg攻击的能力就越强，所以，d/n越接近于1，水印的鲁棒性就越强。

4、水印容量参数d/n对水印不可见性的影响

（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）

用均方差来衡量d/n 对水印不可见性的影响

由上图可见，d/n 的值对于水印的不可见性影响不大。d/n 由0 变化到1，MSE 的值总在16.35到16.5 之间。

5、水印其它参数（小波尺度、小波基等）对水印性能的影响

（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）

1．小波尺度对水印不可见性的影响：小波尺度对水印不可见性的影响：小波尺度从1 到6，计算出的MSE 分别是输入数据的MSE: 16.3541，16.375，16.586，16.789，16.6537，16.6481，说明它对水印不可见性的影响不大。

2．小波尺度对水印鲁棒性的影响

由图可见，小波尺度为 5 和 2 的检测阈值都可以设为0.1。但是小波尺度越大，检测就越困难。

由攻击曲线可以看出小波尺度大的鲁棒性好一些，因为水印嵌入的是图象能量更高的地方，所以它的鲁棒性好一些，但是它嵌入的信息就少要一些，这就加大了检测的难度。

【实验结论】：

1、请绘制W-SVD水印对应的理论模型图（参照《实验教程》P213-215面）

2、结论：由w－svd 水印的原理和上述实验数据可知，d/n 是指随机模版占水印的比例，比例越大，水印具有的随机性就越好，拥有的信息量也越多，因此检测起来也就更方便。水印强度参数a 越大，水印数据就越大，那么水印的鲁棒性就越好，但是不可见性就越差。小波尺度越大，水印嵌入的是图象能量越高的地方，所以它的鲁棒性好一些，但是它嵌入的信息就少要一些，这就加大了检测的难度。