【通常来说，图像加密及隐写技术都是在计算机算法的层面上实现，一切都是数字化的。实际上在这一主流研究方向之外，一些研究者也在积极探索通过物理方式实现图像安全，特别是通过光学方式，而并非完全依靠计算机数字处理，这些方案往往可以实现独特的效果。光学图像安全在以往被主流图像安全研究者关注的相对较少，本系列的文章将为大家介绍和普及相关的研究。】
人的眼睛像一台功能强大的精密机器，即使目前世界上最先进的相机也难以和人眼相媲美，不过某些时候“看走眼“、”眼神不好“也在所难免。人眼被看到的景物所欺骗，感知到的图像与现实世界不相符，就会产生各种图像视错觉。可以把短的看成长的，直的看成弯的，圆的看成方的，静的看成动的，没有的看成有的……下面就是三个简单的例子。
图1 三种简单的视错觉:(a)下面这条线好像比上面这条线更长？实际它们是一样长的;(b)有两条红色的曲线？实际它们是平行的直线;(c)右面箭头的颜色更深？实际两个箭头的颜色一模一样。
我们研究中所关注的是一种被称为颜色同化网格的视错觉[1]。首先，你觉着下面这张照片是黑白的还是彩色的呢？
图2 一张视错觉照片
看起来似乎是一张彩色照片，但你或许没想到的是，照片中的大多数像素其实都是黑白的(严格说是灰度的)，只有少数在网格上的像素是带颜色的。由于人眼的错觉，把很多灰度像素也看成是彩色的。合成这样一张视错觉照片也不难，把灰度照片和一个颜色过饱和的彩色网格叠加到一起就可以，不过要留意的是，网格上像素颜色要设置成比原本更深。网格可以由线条组成，也可以由点阵组成。如果网格比较密集，比如覆盖到整张图片一半数量的像素，合成的视错觉图片会非常接近原本的图片，尽管另外一半的像素并没有颜色。
图3 颜色同化网格视错觉图片的合成方式
图4 以不同采样率的线网格或点网格合成的视错觉图片
类似的颜色视错觉在很早之前就被人们发现，但是到目前为止，还很少在技术领域中获得应用。作为一个可能的应用，在相机传感器，显示屏，投影仪，或者彩色打印中，可以把大量的彩色像素替换为低成本的灰度像素，比如在喷墨打印彩色照片或海报的时候，大量使用黑白墨水，只使用少量彩色墨水，打印出的图片效果上看起来却很像是全彩色的，“以黑白的价格打印彩色“、”特价大优惠“。此外，这种视错觉在彩色图像视频的数据压缩中也有一定的应用潜力。
而在我们所做的研究工作[2]中，发现网格采取不同的排列方式，产生的视错觉效果是接近的，我们可以让网格中每相邻两条线(或者两个点)的两种不同位置分布方式分别表示二进制比特0或1，在整张合成的视错觉图片中，一定数量的二进制信息就可以隐藏在其中，它们可以表示名字，网址，二维码等各种具体内容
(a) (b)
图4 (a)线网格中两条相邻网格线(绿色)与三行灰度背景像素(白色)两种不同排布方式，分别表示二进制比特0或1；(b)点网格中两个相邻网格点(绿色)与两个灰度背景像素(白色)两种不同排布方式，分别表示二进制比特0或1；
图5 颜色同化网格视错觉图片的信息隐藏结果：(a)原始彩色图片;(b)灰度图片;(c)-(d)线网格合成两张视错觉图片，并且分别隐藏了不同的数据(右侧);(e)-(f)点网格合成两张视错觉图片，并且分别隐藏了不同的数据(右侧).
总结来说，我们通过在灰度照片中叠加专门的彩色网格，可以让整张图片看起来像彩色的，不仅如此，以不同的方式对网格中的线或点的位置排布进行编码，在几乎不改变视错觉效果的情况下，可以在合成的视错觉图片中进行信息隐藏。
参考文献
[1] https://pippin.gimp.org/
[2] Shuming Jiao and Jun Feng, "Image steganography with visual illusion," Opt. Express 29(10), 14282-14292 (2021)
供稿：鹏城实验室 焦述铭
编辑：上海理工大学 秦川
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