[发明专利]基于PT-LCT和DWT-SVD的彩色图像加密及隐藏方法

权利要求书

1.一种基于PT-LCT和DWT-SVD的彩色图像加密及隐藏方法，其特征是，待隐藏的彩色图像首先经Arnold置乱和PT-LCT系统加密；然后，将载体彩色图像由RGB颜色空间转换为YCbCr空间；接下来，将加密后的彩色图像通过DWT-SVD方法嵌入到Cb和Cr通道中；最后，再将包含秘密图像的Cb和Cr通道与Y通道一起转换到RGB颜色空间，就最终得到包含秘密图像的彩色载体图像；具体步骤细化为：

待隐藏彩色图像的加密部分：在加密过程中，对待隐藏的彩色图像进行如下步骤的处理，(1)将待加密的彩色图像I_RGB分解为RGB三个颜色通道I_R,I_G,I_B，其中，I_R、I_G和I_B分别为红色、绿色和蓝色通道分量；并对每个颜色通道进行广义Arnold置乱；(2)将置乱后的RGB颜色通道转换为YCbCr颜色空间，并对YCbCr颜色空间的三个颜色通道再次进行广义Arnold置乱；(3)将置乱后的YCbCr颜色通道转换回RGB颜色空间，RGB空间的三个颜色通道分别被随机相位掩膜RPM₁调制，然后分别进行第一次PT-LCT变换，得到三个振幅分布部分A_1R,A_1G,A_1B及三个相位分布部分P_1R,P_1G,P_1B，其中，A_1R和P_1R对应红色通道的振幅和相位，A_1G和P_1G对应绿色通道的振幅和相位，A_1B和P_1B对应蓝色通道的振幅和相位；(4)三个振幅分布部分分别被随机相位掩膜RPM₂调制，然后分别进行第二次PT-LCT变换，得到三个振幅分布部分A_2R,A_2G,A_2B及三个相位分布部分P_2R,P_2G,P_2B，其中，A_2R和P_2R对应红色通道的振幅和相位，A_2G和P_2G对应绿色通道的振幅和相位，A_2B和P_2B对应蓝色通道的振幅和相位；结合A_2R,A_2G,A_2B就可最终得到加密后的彩色图像I_ERGB；彩色加密图像的嵌入部分：在加密图像的嵌入过程中，对加密后的彩色图像及彩色载体图像进行如下步骤的处理，可以达到在彩色载体图像中嵌入彩色加密图像的目的，(1)对彩色加密图像的三个颜色通道A_2R,A_2G,A_2B，分别采用变分图像分解方法即TV-G模型将其分解为卡通部分U_2R,U_2G,U_2B和纹理部分V_2R,V_2G,V_2B，其中U_2R和V_2R对应红色通道的卡通部分和纹理部分，U_2G和V_2G对应绿色通道的卡通部分和纹理部分，U_2B和V_2B对应蓝色通道的卡通部分和纹理部分；(2)将彩色载体图像H_RGB由RGB颜色空间转换为YCbCr颜色空间，并分别对蓝色色度分量C_b和红色色度分量C_r颜色通道进行离散小波变换DWT，得到各自的四个频带LL_b,LH_b,HL_b,HH_b和LL_r,LH_r,HL_r,HH_r，其中LL_b和LL_r分别为蓝色和红色色度分量的低频部分，LH_b和LH_r、HL_b和HL_r、HH_b和HH_r分别为蓝色和红色色度分量在垂直方向、水平方向和对角方向的高频部分；(3)分别对LH_b,HL_b,HH_b和LH_r,HL_r,HH_r频带进行奇异值分解SVD，得到(U_lhb,S_lhb,V_lhb)，(U_hlb,S_hlb,V_hlb)，

(U_hhb,S_hhb,V_hhb)和(U_lhr,S_lhr,V_lhr)，(U_hlr,S_hlr,V_hlr)，(U_hhr,S_hhr,V_hhr)，其中U_lhb和V_lhb分别为LH_b的两个特征向量、S_lhb为LH_b的特征值，U_hlb和V_hlb分别为HL_b的两个特征向量、S_hlb为HL_b的特征值，U_hhb和V_hhb分别为HH_b的两个特征向量、S_hhb为HH_b的特征值，U_lhr和V_lhr分别为LH_r的两个特征向量、S_lhr为LH_r的特征值，U_hlr和V_hlr分别为HL_r的两个特征向量、S_hlr为HL_r的特征值，U_hhr和V_hhr分别为HH_r的两个特征向量、S_hhr为HH_r的特征值；(4)将U_2R,U_2G,U_2B通过以下方式嵌入到S_lhb,S_hlb,S_hhb中，即SU_lhb＝S_lhb+k·U_2R，SU_hlb＝S_hlb+k·U_2G，SU_hhb＝S_hhb+k·U_2B，其中SU_lhb、SU_hlb、SU_hhb为包含加密图像卡通部分的三个特征值，k为控制嵌入强度的参数；同时，将V_2R,V_2G,V_2B通过以下方式嵌入到S_lhr,S_hlr,S_hhr中，即SU_lhr＝S_lhr+k·V_2R，SU_hlr＝S_hlr+k·V_2G，SU_hhr＝S_hhr+k·V_2B，其中SU_lhr、SU_hlr、SU_hhr为包含加密图像纹理部分的三个特征值；(5)对SU_lhb,SU_hlb,SU_hhb和SU_lhr,SU_hlr,SU_hhr分别进行SVD分解，得到(UW_lhb,SW_lhb,VW_lhb)，(UW_hlb,SW_hlb,VW_hlb)，(UW_hhb,SW_hhb,VW_hhb)和(UW_lhr,SW_lhr,VW_lhr)，(UW_hlr,SW_hlr,VW_hlr)，(UW_hhr,SW_hhr,VW_hhr)，其中UW_lhb和VW_lhb分别为SU_lhb的两个特征向量、SW_lhb为SU_lhb的特征值，UW_hlb和VW_hlb分别为SU_hlb的两个特征向量、SW_hlb为SU_hlb的特征值，UW_hhb和VW_hhb分别为SU_hhb的两个特征向量、SW_hhb为SU_hhb的特征值，UW_lhr和VW_lhr分别为SU_lhr的两个特征向量、SW_lhr为SU_lhr的特征值，UW_hlr和VW_hlr分别为SU_hlr的两个特征向量、SW_hlr为SU_hlr的特征值，UW_hhr和VW_hhr分别为SU_hhr的两个特征向量、SW_hhr为SU_hhr的特征值；(6)对(3)和(5)得到的结果进行如下操作，得到包含秘密图像的频带和其中LH_bw和LH_rw分别对应C_b和C_r分量在垂直方向的高频部分，HL_bw和HL_rw分别对应C_b和C_r分量在水平方向的高频部分，HH_bw和HH_rw分别对应C_b和C_r分量在对角方向的高频部分；(7)对(LL_b,LH_bw,HL_bw,HH_bw)和(LL_r,LH_rw,HL_rw,HH_rw)进行逆DWT变换，得到包含秘密图像的两个通道Cb_w和Cr_w；(8)将Y,Cb_w,Cr_w通道转换回RGB空间，最终得到包含秘密图像的彩色载体图像H_WRGB；

彩色加密图像的提取部分：在彩色加密图像的提取过程中，对包含秘密图像的彩色载体图像进行如下步骤的处理，(1)将包含秘密图像的彩色载体图像H_WRGB由RGB颜色空间转换为YCbCr颜色空间，并分别对C_b和C_r颜色通道进行DWT变换，得到各自的四个频带LL_wb,LH_wb,HL_wb,HH_wb和LL_wr,LH_wr,HL_wr,HH_wr，其中LL_wb和LL_wr分别为包含秘密图像的彩色载体图像的蓝色和红色色度分量的低频部分，LH_wb和LH_wr、HL_wb和HL_wr、HH_wb和HH_wr分别为包含秘密图像的彩色载体图像的蓝色和红色色度分量在垂直方向、水平方向和对角方向的高频部分；(2)分别对LH_wb,HL_wb,HH_wb和LH_wr,HL_wr,HH_wr频带进行SVD分解，得到(U_lhwb,S_lhwb,V_lhwb)，(U_hlwb,S_hlwb,V_hlwb)，(U_hhwb,S_hhwb,V_hhwb)和(U_lhwr,S_lhwr,V_lhwr)，(U_hlwr,S_hlwr,V_hlwr)，(U_hhwr,S_hhwr,V_hhwr)，U_lhwb和V_lhwb分别为LH_wb的两个特征向量、S_lhwb为LH_wb的特征值，U_hlwb和V_hlwb分别为HL_wb的两个特征向量、S_hlwb为HL_wb的特征值，U_hhwb和V_hhwb分别为HH_wb的两个特征向量、S_hhwb为HH_wb的特征值，U_lhwr和V_lhwr分别为LH_wr的两个特征向量、S_lhwr为LH_wr的特征值，U_hlwr和V_hlwr分别为HL_wr的两个特征向量、S_hlwr为HL_wr的特征值，U_hhwr和V_hhwr分别为HH_wr的两个特征向量、S_hhwr为HH_wr的特征值；(3)对(UW_lhb,S_lhwb,VW_lhb)，(UW_hlb,S_hlwb,VW_hlb)，(UW_hhb,S_hhwb,VW_hhb)和(UW_lhr,S_lhwr,VW_lhr)，(UW_hlr,S_hlwr,VW_hlr)，(UW_hhr,S_hhwr,VW_hhr)进行如下处理，得到和其中D_lhb和D_lhr分为两个对应C_b和C_r分量在垂直方向上的特征值，D_hlb和D_hlr分为两个对应C_b和C_r分量在水平方向上的特征值，D_hhb和D_hhr分为两个对应C_b和C_r分量在对角方向上的特征值；(4)提取出的卡通部分和纹理部分分别为U_2R＝(D_lhb-S_lhb)/k，U_2G＝(D_hlb-S_hlb)/k，U_2B＝(D_hhb-S_hhb)/k和V_2R＝(D_lhr-S_lhr)/k，V_2G＝(D_hlr-S_hlr)/k，V_2B＝(D_hhr-S_hhr)/k；(5)提取出的卡通部分和纹理部分分别对应相加，就可得到彩色加密图像的三个颜色通道A_2R＝U_2R+V_2R，A_2G＝U_2G+V_2G和A_2B＝U_2B+V_2B，结合这三个颜色通道，得到提取出的加密彩色图像I_ERGB；

彩色图像的解密部分：在解密过程中，对提取出来的加密彩色图像I_ERGB进行如下步骤的处理，可以达到将原始图像解密出来的目的：(1)加密彩色图像的三个颜色通道A_2R,A_2G,A_2B分别被P_2R,P_2G,P_2B调制，然后进行第二次线性正则变换的逆变换，并对变换后的结果取模；(2)上述模值分别被P_1R,P_1G,P_1B调制，然后进行第一次线性正则变换的逆变换，并对上述变换结果取模；(3)将上述模值由RGB颜色空间转换为YCbCr颜色空间，并对YCbCr颜色空间中的各个通道进行逆Arnold置乱；(4)将上述置乱结果变回RGB颜色空间，并对RGB颜色空间中的三个通道再次进行逆Arnold置乱，将上述置乱结果整合，最终得到解密后的彩色图像。