Исследование дискретных ортогональных преобразований, получаемых с помощью динамики клеточных автоматов Евсютин О.О. 314Компьютерная оптика, 2014, том 38, №2 ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ, РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСКРЕТНЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ С ПОМОЩЬЮ ДИНАМИКИ КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ Евсютин О.О. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиАннотация В работе рассматривается получение семейств ортогональных базисов из состояний раз-вития клеточного автомата. Предлагается методика сравнения соответствующих ортого-нальных преобразований относительно искажений, проявляющихся в результате потерь информации на восстанавливаемых элементах данных.Ключевые слова: клеточный автомат, ортогональное преобразование, декорреляция, сжатие.Введение В настоящее время известен ряд работ, в которых для решения задач цифровой обработки изображений используется математический аппарат теории клеточ-ных автоматов. Данный аппарат применяется для улучшения изображений [1, 2], сегментации [3, 4], вы-деления контуров и распознавания текста [5][6][7][8][9], для построения схем разделения секрета, основанных на использовании цифровых изображений [10], а также в компьютерной стеганографии при встраивании в изо-бражения цифровых водяных знаков [11, 12].В данной статье рассматривается основанный на клеточных автоматах подход к построению ортого-нальных преобразований, применяемых в цифровой обработке сигналов, в частности, для сжатия цифро-вых изображений.Напомним, что к самым распространённым орто-гональным преобразованиям, которые используются в методах сжатия цифровых изображений, относятся преобразование Карунена-Лоэва, преобразование Уолша-Адамара, дискретное косинусное преобразо-вание, дискретное вейвлетное преобразование (се-мейство преобразований) [13][14][15][16].Помимо отмеченных, существуют и другие дис-кретные ортогональные преобразования. Например, в статье [17] рассматривается дискретное псевдокоси-нусное преобразование, являющееся более быстро-действующей целочисленной аппроксимацией дис-кретного косинусного преобразования.В статье [18] рассматривается метод сжатия циф-ровых изображений, основанный на ортогональном преобразовании, базис которого строится из состоя-ний развития классического клеточного автомата с окрестностью Мура-фон Неймана.В этой и других работах данного автора предлага-ется строить ортогональные базисы из состояний раз-вития одномерного клеточного автомата с двоичным алфавитом внутренних состояний, интерпретируемым как множество значений {-1,1}, для чего задаются спе-циального вида локальные функции перехода, обеспе-чивающие попарную ортогональность последователь-но вырабатываемых векторов. Однако использование двоичного алфавита ограничивает размерность про-странства получаемых таким образом преобразований, которые являются не более чем частным случаем из-вестного преобразования Уолша-Адамара.Полученные результаты использовались другими ис-следователями, например, в компьютерной стеганогра-фии [12], однако проведённый обзор литературных ис-точников показал, чт...

No abstract

Актуальность. Одно из направлений обработки цифровых изображений, в том числе снимков дистанционного зондирования Земли, связано со встраиванием в них дополнительной информации различного назначения. Встраивание дополнительной информации в цифровое изображение приводит к искажению естественной модели цифрового изображения, а также к возможному возникновению визуальных артефактов. В случае снимков дистанционного зондирования Земли такие искажения могут повлечь, например, искажение границ объектов, в результате чего дальнейший анализ снимков приведёт к некорректным результатам. Поэтому актуальными являются исследования, направленные на поиск новых способов уменьшения искажений, вызванных встраиванием дополнительной информации. Цель: повышение качества стеганографического встраивания информации в коэффициенты дискретного косинусного преобразования снимков дистанционного зондирования Земли за счёт разработки улучшенного алгоритма встраивания, основанного на методе QIM и обеспечивающего корректировку искажений естественной модели изображения в частотной области. Объекты: алгоритмы стеганографического встраивания информации в коэффициенты дискретного косинусного преобразования цифровых изображений. Методы: стеганографический метод QIM, методы математической статистики, вычислительные эксперименты. Результаты. Предлагается новый подход к минимизации искажений естественной модели цифрового изображения в области дискретного косинусного преобразования, основанный на изменении шага квантования в зависимости от локальных характеристик изображения в частотной области. Результатом работы является улучшенный алгоритм встраивания информации в область дискретного косинусного преобразования снимков дистанционного зондирования Земли, объединяющий данный подход с подходом к обеспечению безошибочного извлечения встроенной информации, предложенным авторами ранее. Результаты экспериментов показывают, что разработанный алгоритм наряду с обеспечением безошибочности извлечения позволяет существенно уменьшить искажения, вносимые в частотные коэффициенты, и обеспечить статистическую неразличимость исходных изображений и стегоизображений в 75 % случаев.

Evsutin O.O., Rososhek S.K. Designing and testing of the computational approach of decorrelating transformation bases construction with the use of partitioning cellular automata.Abstract. The given paper shows the ability of construction of decorrelating transformation bases, which can be used for digital images compression, by means of cellular automata dynamics. We introduce the construction algorithms of decorrelating transformation bases, generated from evolving states of partitioning cellular automata, which is considered to be the extension of classical model of cellular automaton.

One of the areas of digital image processing is the steganographic embedding of additional information into them. Digital steganography methods are used to ensure the information confidentiality, as well as to track the distribution of digital content on the Internet. Main indicators of the steganographic embedding effectiveness are invisibility to the human eye, characterized by the PSNR metric, and embedding capacity. However, even with full visual stealth of embedding, its presence may produce a distortion of the digital image natural model in the frequency domain. The article presents a new approach to reducing the distortion of the digital image natural model in the field of discrete cosine transform (DCT) when embedding information using the classical QIM method. The results of the experiments show that the proposed approach allows reducing the distortion of the histograms of the distribution of DCT coefficients, and thereby eliminating the unmasking signs of embedding.