一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法，涉及数字图像处理技术。将秘密图像特征系数引入Logistic混沌映射和Rabinovich超混沌映射中，使生成的序列与密图相关；采用生成的Logistic混沌序列重排图像的RGB顺序，消除彩色图像的色彩信息；采用Rabinovich超混沌映射生成的四组混沌序列中的一组序列加密图像像素位置，使用分块置乱的方法，快速加密图像；采用剩余的三组Rabinovich超混沌序列分通道将图像离散小波变换(DWT)后的低频系数置乱与扩散；采用最低有效位置换算法(LSB)将加密后的图像嵌入到公开图像的DWT高频系数当中。本发明专利技术能在保护图像内容安全性的基础上，有效保护图像信息的存在性，保证图像在通信过程中的安全。

A method of color image encryption and embedding based on discrete domain

The invention discloses a color image encryption and embedding method based on discrete domain, and relates to digital image processing technology. The secret image characteristic coefficients are introduced into Logistic chaotic mapping and Rabinovich hyperchaotic mapping to correlate the generated sequence with the cipher map; the RGB sequence of the generated Logistic chaotic sequence is rearranged to eliminate the color information of the color image; and the sequence of the four chaotic sequences generated by Rabinovich hyperchaotic mapping is used. Encryption image pixel position, using block scrambling method, fast encryption image; using the remaining three groups of Rabinovich hyperchaotic sequence sub-channel image discrete wavelet transform (DWT) after the low-frequency coefficient scrambling and diffusion; using the least effective position replacement algorithm (LSB) to embed the encrypted image into the public image DWT high-frequency coefficient Among. The invention can effectively protect the existence of the image information and ensure the safety of the image in the communication process on the basis of protecting the security of the image content.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法
本专利技术涉及数字图像安全领域，特别涉及彩色数字图像加密和隐藏方法。
技术介绍
目前，多媒体作为信息交流的重要工具，大量的数字图像在以Internet、无线网络为代表的开放性网络中传播，极大方便了信息的访问与共享。与此同时，诸多敏感领域，如商业、科研、军事和政治等的图像信息在开放的网络环境下的传输存在着巨大的安全隐患，往往会遭受到各种潜在的人为攻击，包括对信息的非法获取、篡改等而导致严重后果，因此，保护图像信息的安全至关重要。对图像信息进行保护主要有两方面，一是对图像信息进行加密，以此保护图像的隐秘性，二是将图像信息隐藏在另一幅公开图像当中，以此保护图像的存在性。美国学者JessicaFridrich首次提出了一种通用的图像加密架构：将图像像素置乱与扩散，以此来实现安全加密系统。首先图像置乱即图像中每个像素点的位置以一种伪随机的方式被打乱，但像素值不变；然后图像扩散则是像素点位置不变，像素值改变。置乱与扩散相结合，从而保证加密系统可有效抵抗攻击。近年来混沌理论的发展为图像加密提供了一个全新的思路。由于混沌系统具有的初值与系统参数极端敏感性、遍历性、轨道不可预测性以及良好的随机性等一系列特性，使其被大量运用于加密系统。目前，基于混沌的图像加密算法已经成为主流技术与研究热点，具有极大的应用前景。图像隐藏技术，即利用图像本身存在的冗余性以及人类视觉对图像的掩蔽特性，就可以将秘密图像信息嵌入到公开图像当中进行传送。近年来，基于图像隐藏算法的研究取得了很大进展，按照隐藏算法的实现方式，可分为空域、变换域、压缩域等方法。相比于空域信息隐藏技术的鲁棒性较差而言，基于变换域的信息隐藏技术则对载体信息号做正交变换后，利用人体感官对频域数据的感觉冗余，将秘密数据嵌入在隐蔽的频域中，具有较强的鲁棒性和安全性。研究发现，现有技术中，单一、低维度的混沌映射存在密钥空间不足，序列复杂度不高的缺点，同时，加密后的图像若直接在开放信道中传播，由于它的不可辨性而容易被攻击者察觉到。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术设计一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法。该方法将图像加密与图像隐藏相结合，利用双重混沌系统生成的混沌序列，来置乱秘密图像像素点位置和扩散图像DWT域低频系数，从而加密图像；然后在对公开图像影响最低的情况下，将加密后的图像嵌入到公开图像的高频系数中，隐藏加密后的图像信息，使图像能安全地在开放的信道中传输。1.本专利技术的一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法，包括以下步骤：一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法，包括以下步骤：步骤101：将秘密图像特征系数引入逻辑斯蒂Logistic混沌映射和拉比诺维奇Rabinovich超混沌映射中，生成与秘密图像相关的混沌序列；步骤102：采用Logistic混沌映射生成的序列重排图像每个像素点的RGB顺序，消除彩色图像的色彩信息；步骤103：利用Rabinovich超混沌映射生成的四组混沌序列中的一组序列分块置乱图像像素位置；步骤104：利用余下的三组Rabinovich超混沌序列中序列置乱秘密图像像素点位置和扩散图像离散小波变换DWT域低频系数，得到加密图像；步骤105：将加密图像嵌入到公开图像DWT变换后的高频系数中，隐藏加密图像信息。优选地，所述步骤101具体包括：计算秘密彩色图像RGB各个通道的平均值，将平均值加权求和获得影响因子Δ，将影响因子加在Logistic混沌映射和Rabinovich超混沌映射的初值上，生成与秘密图像相关的混沌序列。计算公式如式(1-3)所示：E'＝0.16×ER+0.50×EG+0.34×EB(2)△＝E'×10-10(3)其中xi表示各通道图像像素点的像素值，E(x)为平均值，E'为加权平均值(权值固定)，ER、EG、EB分别表示R、G、B通道的平均像素值，将加权平均值缩小后得到影响因子△，作为图像解密的密钥。由于混沌系统对系统初值和参数具有强烈的敏感性与依赖性，因此只需将影响因子加在Logistic混沌映射和Rabinovich超混沌映射的初值上，即可生成稳定的、与秘密图像相关的混沌序列，包括一组Logistic混沌序列和四组Rabinovich超混沌序列。Logistic混沌映射是一种常见的混沌动力系统，具有3种形式，但满映射区间小，导致迭代过程中数值变化率小，并且均匀分布特性欠佳。因此本专利技术采用一种改进的Logistic混沌映射，如式(4)所示，满映射区间为xn∈[-2β,2β]。其中，xn和β分别为状态变量和控制参数，xn表示第n次迭代值，其初始值x0与系数β作为密钥，由加密者设定；当β∈(0,∞)时，logistc映射处于混沌状态。(为了使logistc映射充分进入混沌状态，需要预迭代Logistic混沌映射N0次，一般取N0≥200)。设生成的Logistic混沌序列为L1。Rabinovich超混沌映射定义式如下所示：其中x、y、z、w表示Rabinovich超混沌映射的状态变量，同理(其中d表示微分，t为时间)；a、b、d、k、c为系统控制参数。当a＝4，b＝-0.5，d＝1，k＝8.1，c＝-2.2时，式(5)所示混沌映射式的解处于混沌状态，计算得该映射的最大Lyapunov指数(衡量系统动力学特性的一个重要定量指标)大于零，有两个正的Lyapunov值，并且Lyapunov维数不是整数，由此判定，系统处于混沌状态。采用四阶龙格库塔法对方程(5)进行求解，各状态变量x、y、z、w的初始值作为密钥，由加密者设定。预迭代N0次，每组序列从N0+1个序列值开始取值。设生成的Rabinovch超混沌序列为R1、R2、R3、R4。优选地，所述步骤102具体包括：从图像I中读取像素矩阵的行数和列数分别为m、n的秘密彩色图像Im×n，取长度为m×n的Logistic混沌序列L1进行量化，使序列值分布在[0,1]范围内，然后转化成Lm×n矩阵，并与图像I的像素点一一对应。以每个Logistic序列值作为判断标准，置乱其对应像素点的RGB顺序，可得到6种排序方式，分别为RBG、GRB、GBR、BRG、BGR、RGB。置乱过程如下：步骤1：读入Logistic混沌序列矩阵Lm×n与彩色图像Im×n，；步骤2：根据矩阵Lm×n中每个元素值l置换它所对应的像素点的RGB顺序：当0≤l≤1/6时，调换像素点的G、B通道的值，RGB顺序转换为RBG；当1/6<l≤1/3时，像素点的RGB顺序转换为GRB；当1/3<l≤1/2时，像素点的RGB顺序转换为GBR；当1/2<l≤2/3时，像素点的RGB顺序转换为BRG；当2/3<l≤5/6时，像素点的RGB顺序转换为BGR；当5/6<l≤1时，像素点的RGB顺序不变。图像I经过上述处理后得到图像I1。优选地，所述步骤103进一步包括：选择Rabinovich混沌系统生成的4组混沌序列中的1组混沌序列R1对图像I1的像素点位置进行置乱。为了提高加密效率，采用分块置乱的方法，将图像进行多次不同大小的分块处理，并且块内置乱和块间置乱交叉进行。设置三种级别图像分块大小：最小子块min，中等子块mid和最大子块max本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101：将秘密图像特征系数引入Logistic混沌映射和Rabinovich超混沌映射中，生成与秘密图像相关的混沌序列；步骤102：采用Logistic混沌映射生成的序列重排图像每个像素点的RGB顺序，消除彩色图像的色彩信息；步骤103：利用Rabinovich超混沌映射生成的四组混沌序列中的一组序列分块置乱图像像素位置；步骤104：利用余下的三组Rabinovich超混沌序列中序列置乱秘密图像像素点位置和扩散图像离散小波变换DWT域低频系数，得到加密图像；步骤105：将加密图像嵌入到公开图像DWT变换后的高频系数中，隐藏加密图像信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于离散域的彩色图像加密嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101：将秘密图像特征系数引入Logistic混沌映射和Rabinovich超混沌映射中，生成与秘密图像相关的混沌序列；步骤102：采用Logistic混沌映射生成的序列重排图像每个像素点的RGB顺序，消除彩色图像的色彩信息；步骤103：利用Rabinovich超混沌映射生成的四组混沌序列中的一组序列分块置乱图像像素位置；步骤104：利用余下的三组Rabinovich超混沌序列中序列置乱秘密图像像素点位置和扩散图像离散小波变换DWT域低频系数，得到加密图像；步骤105：将加密图像嵌入到公开图像DWT变换后的高频系数中，隐藏加密图像信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入图像特征系数至一维混沌系统进一步包括：计算秘密彩色图像RGB各个通道的平均值，将加权平均值缩小后得到影响因子△，△作为图像解密的密钥，将影响因子加在Logistic混沌映射和Rabinovich超混沌映射的初值上，生成与秘密图像相关的混沌序列，包括一组Logistic混沌序列和四组Rabinovich超混沌序列。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重排图像像素点的RGB顺序包括，读取秘密彩色图像I，图像I像素矩阵的行数和列数分别为m、n，取长度为m×n的Logistic混沌序列进行量化，使其分布在[0,1]范围内，然后转化成与图像I的像素点一一对应的矩阵Lm×n，以每个Logistic序列值作为判断标准，重排其对应像素点的RGB顺序，得到重排图像I1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用Rabinovich超混沌序列中的一组分块置乱图像像素位置包括：选择Rabinovich超混沌映射生成的四组混沌序列中的其中一组混沌序列对重排后的图像I1像素点位置进行置乱，块内置乱和块间置乱交叉进行，重排图像I1经过分块置乱处理后得到像素点位置置乱后图像I2。5.根据权利要求1—4其中之一所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善学，唐义嫄，漆若兰，周艳发，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50