用于图像数据的隐写处理和压缩的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于具有可忽略信息损失的图像数据的隐写处理和压缩的方法，其中所述图像数据包括噪声和信息。该方法包括以下步骤：‑获取要被处理和/或压缩以供存储和/或传输的图像数据(210)，‑准备(235)所获取的图像数据(210)以供压缩，所述准备步骤(235)包括以下步骤：°确定适于反映由用于捕获所述图像数据的源图像传感器(SA)产生的噪声的输入噪声模型(215)和相应的参数，°通过使用所述输入噪声模型(215)从所获取的图像数据(210)中消除噪声(305)，其中信息损失可忽略，以产生降噪图像数据(325)，‑存储和/或传输所述图像数据，准备(235)所获取的图像数据(210)的步骤还包括以下步骤：°确定适于反映由真实或理想目标图像传感器(SB)产生的噪声的目标噪声模型(220)和相应的参数，°根据所述目标噪声模型(220)生成(320)伪噪声，以及°以隐写方式将所生成的伪噪声添加(330)到所述降噪图像数据(325)中，以便产生伪噪声图像数据(335)，所述伪噪声图像数据(335)与用所述目标图像传感器(SB)获取的图像数据相比在统计上是等效的，并且所述存储和/或传输的步骤包括：°存储和/或传输所述伪噪声图像数据(335)，以允许基于所述伪噪声图像数据(335)和所述目标噪声模型的参数(220)对所述伪噪声进行再现和/或减除。

【技术实现步骤摘要】
用于图像数据的隐写处理和压缩的方法和设备
本专利技术涉及一种用于以可忽略的信息损失来隐写处理和压缩图像数据的方法以及相应的设备，其中，所述图像数据包括噪声和信息。该方法包括获取图像数据并准备所获取的图像数据的步骤，其中，所述准备步骤包括以下步骤：确定输入噪声模型和适于反映由用于捕获所述图像数据的源图像传感器创建的噪声的相应参数，通过以可忽略的信息损失去除来自所获取的图像数据的噪声，例如以产生噪声减少的图像数据，该方法还包括用于存储和/或发送图像数据的步骤。
技术介绍
每年产生的数字图像和视频的数量一直在加速增长。几十年来，压缩在实现有效存储和分发这些图像方面一直发挥着至关重要的作用。通常，该技术已被分为两个领域：无损压缩以较低的压缩比(通常为2:1)为代价，保持了原图的完整、逐位相同的副本，而有损图像压缩以高压缩比(通常为10:1的数量级)，产生视觉上与原图相似但不相同的图像。然而，有损压缩可能会生成“伪影”，即不是原图一部分的图像特征(例如，块状伪影、后代振铃、混叠、模糊……)，并引入偏差。现代算法，例如JPEG2000或H265等，试图使这些伪影对人眼几乎不可见，并且可以表示为“视觉无损”。然而，此类算法主要是针对将数据分发给最终用户而设计的，并且使用此类算法压缩的后处理图像可能会暴露人眼以前看不见的伪影，例如在JPEG图像“抬起阴影”时观察到的。此外，重新压缩已经由此类算法压缩的图像可能会导致这两种算法之间的相互作用以及产生可见伪影。在专业和技术应用中，其中图像被认为是有价值的数据，用户一直对使用有损压缩持谨慎态度，因为这可能会导致无法预料的后果或在数据中引入偏差，从而导致计量上不准确。随着越来越多地使用机器学习方法，确保人类视觉系统看不到压缩损失变得不那么重要，并且图像质量变得更关键。特别是在关键应用中，例如医学诊断、自动驾驶汽车或基础设施监控，以客观的方式保持图像质量至关重要。为了满足该需求，申请人在先前的工作中开发了一种压缩技术，其中可以根据信息内容限制信息损失，这是与人类视觉系统无关的客观度量，例如欧洲专利申请EP3185555中所公开的。其中提出的技术实现了5：1到10：1的压缩比，同时从计量学的角度对无伪影提供了一些严格的保证。尽管该压缩技术已在许多情况下证明令人满意，但在长期使用过程中发现了一些不便之处。特别是，某些特定的分析技术产生的结果与通过分析未压缩数据所获得的结果在统计上显着不同。而且，利用这种压缩技术，不可能预先推断出压缩数据适合于哪种分析，以及不适用于哪种分析。例如，压缩数据可能适用于所有当前的分析技术，但是一旦技术变得更加先进，将来可能会变得不足。对于用户来说，这意味着使用现有的压缩技术时，存在没有对压缩带来的弊端的清晰、简单的指导以及将其应用于特定数据集的适用性的情况。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是克服上述困难，并提供无损或至少部分无损的图像压缩，从而允许向用户提供强有力的保证，即经过处理的，且可选地经过压缩和解压缩的图像数据给出可靠的结果，即当通过任何算法(当前或将来)进行处理或分析时，在统计上等同于使用原始未经压缩的传感器数据获得的图像数据，同时允许相对较高的压缩比，通常高达10：1。本专利技术的又一个目的是，在不满足某些条件的情况下，确保将经过处理的、且可能经过压缩和解压缩的图像与由特定的、真实的或理想的传感器模型产生的未处理的原始图像仅能困难地进行区分。本专利技术的再一个目的是，允许将几种类型的有用信息嵌入到经过处理的图像中，同时保证经过处理的图像仍可以用在可以使用原始图像的任何处理应用中，并且给出在统计上难以区分或接近于难以区分的结果。本专利技术的还一个目的是，通过允许用户使用该技术而无需对其工作流程或其现有系统进行重大改动，例如通过允许他们继续使用“容器”文件或其选项，例如tiff、dng、png、dicom、jp2等，来允许用户从该新的压缩技术中受益。根据本专利技术的解决方案为此，本专利技术提出一种用于以可忽略的信息损失来隐写处理和压缩图像数据的方法，其特征在于权利要求1中列举的特征，并且该方法允许实现上述目的。特别地，根据本专利技术的方法通过以下事实而与众不同：准备所获取的图像数据的步骤还包括以下步骤：确定目标噪声模型和适于反映由真实或理想目标图像传感器产生的噪声的相应参数的步骤，根据所述目标噪声模型生成伪噪声，以隐写方式将所生成的伪噪声添加到所述减少噪声的图像数据中，例如以产生与利用所述目标图像传感器获取的图像数据相比在统计上等效的伪噪声图像数据，并且通过以下事实而与众不同：存储和/或发送步骤包括存储和/或发送所述伪噪声图像数据，例如以允许基于所述伪噪声图像数据和目标噪声模型的参数来复制和/或减去伪噪声。根据根据本专利技术的方法的不同实施例，所述目标噪声模型及其参数或者是恒定的，而且通常是可用的，例如，在因特网站点或在该方法的给定应用中或由其他手段使用的特定文档上，和/或与伪噪声图像数据一起存储和/或发送。在根据本专利技术的方法的优选实施例中，准备所获取的图像数据的步骤还包括，提供至少一个隐写密钥，以及通过使用所述隐写密钥来存储和/或发送所述目标噪声模型的参数，所述目标噪声模型的参数用于生成伪噪声以产生所述伪噪声图像数据。优选地，这些参数被嵌入到所述伪噪声图像数据中。在甚至更优选的实施例中，所述隐写密钥至少包括用于伪随机数发生器的种子。在根据本专利技术的方法的其他优选实施例中，将用于生成伪噪声的所述噪声模型的参数嵌入到所述伪噪声图像数据中的步骤包括加密所述参数。在根据本专利技术的方法的一些实施例中，借助于伪随机数发生器和相关联的(多个)种子值来生成伪噪声。对于那些实施例，所述(多个)种子值可以用作隐写密钥之一。在根据本专利技术的方法的优选实施例中，可以通过泊松-高斯模型或通过简化模型来实现所述噪声模型，该噪声模型适于反映由用于捕获所述图像数据的所述源图像传感器创建的噪声和/或模拟期望的目标图像传感器的噪声。在根据本专利技术的方法的实施例中，可以通过量化或去噪技术来实现从所获取的图像数据中去除噪声。在根据本专利技术的方法的更优选实施例中，准备步骤还包括将其他数据，例如图像的元数据、传感器的校准数据和/或对压缩和/或增强图像数据的安全性、保险性和有效性有用的数据，嵌入所述伪噪声图像数据的步骤。包括所述噪声模型的参数以及可选地所述其他数据的伪噪声图像数据可以原样存储和/或发送或嵌入任何已知文件格式的容器文件中，例如，tiff、jp2、dng或png格式的容器文件。在根据本专利技术的方法的另一优选实施例中，该方法还包括压缩所述伪噪声图像数据的步骤，所述伪噪声图像数据由准备步骤产生，并且可选地包括所述目标噪声模型的参数，无论是原样还是作为容器文件的一部分。本专利技术还提出了一种用于解压缩图像数据而不会损失通过使用上述方法压缩的图像数据的信息的方法。本专利技术还涉及配备有存储在适于实现这些方法的计算机可读介质中的计算机程序装置的设备，特别是适于实现这些方法的微处理器、现场可编程门阵列、图像传感器、显微镜、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于以可忽略的信息损失来隐写处理和压缩图像数据的方法，其中所述图像数据包括噪声和信息，所述方法包括以下步骤：/n-获取要被处理和/或压缩以供存储和/或传输的图像数据(210)，/n-准备(235)所获取的图像数据(210)以供压缩，所述准备步骤(235)包括以下步骤：/nο确定适于反映由用于捕获所述图像数据的源图像传感器(SA)产生的噪声的输入噪声模型(215)和相应的参数，/nο通过使用所述输入噪声模型(215)以可忽略的信息损失从所获取的图像数据(210)中消除噪声(305)，以产生降噪图像数据(325)，/n-存储和/或传输所述图像数据，/n其特征在于，所述准备(235)所获取的图像数据(210)的步骤包括以下步骤：/nο确定适于反映由真实或理想目标图像传感器(SB)产生的噪声的目标噪声模型(220)和相应的参数，/nο根据所述目标噪声模型(220)生成(320)伪噪声，以及/nο以隐写方式将所生成的伪噪声添加(330)到所述降噪图像数据(325)中，以便产生伪噪声图像数据(335)，所述伪噪声图像数据(335)与用所述目标图像传感器(SB)获取的图像数据相比在统计上是等效的，/n并且其特征在于，所述存储和/或传输的步骤包括：/nο存储和/或传输所述伪噪声图像数据(335)，以允许基于所述伪噪声图像数据(335)和所述目标噪声模型的参数(220)对所述伪噪声进行再现和/或减除。/n...

【技术特征摘要】
20191107 EP 19207833.51.一种用于以可忽略的信息损失来隐写处理和压缩图像数据的方法，其中所述图像数据包括噪声和信息，所述方法包括以下步骤：
-获取要被处理和/或压缩以供存储和/或传输的图像数据(210)，
-准备(235)所获取的图像数据(210)以供压缩，所述准备步骤(235)包括以下步骤：
ο确定适于反映由用于捕获所述图像数据的源图像传感器(SA)产生的噪声的输入噪声模型(215)和相应的参数，
ο通过使用所述输入噪声模型(215)以可忽略的信息损失从所获取的图像数据(210)中消除噪声(305)，以产生降噪图像数据(325)，
-存储和/或传输所述图像数据，
其特征在于，所述准备(235)所获取的图像数据(210)的步骤包括以下步骤：
ο确定适于反映由真实或理想目标图像传感器(SB)产生的噪声的目标噪声模型(220)和相应的参数，
ο根据所述目标噪声模型(220)生成(320)伪噪声，以及
ο以隐写方式将所生成的伪噪声添加(330)到所述降噪图像数据(325)中，以便产生伪噪声图像数据(335)，所述伪噪声图像数据(335)与用所述目标图像传感器(SB)获取的图像数据相比在统计上是等效的，
并且其特征在于，所述存储和/或传输的步骤包括：
ο存储和/或传输所述伪噪声图像数据(335)，以允许基于所述伪噪声图像数据(335)和所述目标噪声模型的参数(220)对所述伪噪声进行再现和/或减除。


2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述目标噪声模型(220)及其参数或者是恒定的并且是可用的，和/或与所述伪噪声图像数据(335)一起被存储和/或传输。


3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述准备(235)所获取的图像数据的步骤包括以下步骤：
-提供隐写密钥(K)，
-通过使用所述隐写密钥(K)，存储和/或传输用于生成所述伪噪声以产生所述伪噪声图像数据(335)的所述目标噪声模型(220)的参数，优选地将这些参数嵌入(250)到所述伪噪声图像数据(335)中，所述隐写密钥(K)优选地至少包括用于伪随机数发生器(320)的种子(315)。


4.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述将用于生成所述伪噪声的所述目标噪声模型(220)的参数嵌入(250)到所述伪噪声图像数据(335)中的步骤包括基于所述隐写密钥(K)对所述参数进行加密。


5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述准备步骤还包括以下步骤：
-针对传感器缺陷校正所获取的图像数据，
-将所述图像的元数据(225)或其他数据(230)嵌入到所述伪噪声图像数据(335)中，所述其他数据(230)包括所述传感器的校准数据和/或对压缩有用的数据，优选地是用于捕获所获取图像数据的传感器的属性、图像大小和/或二进制布局，
-将增强所述图像数据的安全性、完整性和有效性的其他数据(230)嵌入到所述伪噪声图像数据(335)中，优选地是所获取的未加工图像数据的哈希、所有权和/或版权信息和/或水印数据和/或
-将错误校正数据嵌入到所述伪噪声图像数据中，
所述嵌入元数据(225)和/或其他数据(230)的步骤优选地包括对所述元数据(225)和/或其他数据(230)进行编码以及在两个或更多个种子值(315)之间切换当将伪噪声添加(330)到所述降噪图像数据(325)时使用的随机数发生器(320)的步骤。


6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述伪噪声图像数据(335)被原样存储和/或传输，或者被嵌入任何格式的文件或容器文件(270)中，使得所述伪噪声图像数据(335)与适于与所述文件或容器文件(270)的格式一起使用的任何应用兼容。


7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，适于反映由所述源图像传感器(SA)产生的噪声的所述输入噪声模型(215)，和/或适于反映由所述目标图像传感器(SB)产生的噪声的所述目标噪声模型(220)由泊松-高斯模型实现，其中标准偏差σi对于像素i的值xi为其中所述噪声参数是所述传感器的内部信号放大参数a，所述传感器的黑电平参数x0和所述传感器的读出噪声参数b通过简化模型实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·桑吉内蒂，C·克劳森，
申请(专利权)人：多普顿股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH