一种图像加密方法及设备

本申请涉及图像加密，尤其涉及一种图像加密方法及设备。

背景技术：

1、随着通信网络和互联网技术的高速发展，大量的数字化信息在网络上得到了广泛的传输。对于海量的多媒体信息，主要有文本、语音、图像、视频等形式，其中数字图像更能生动、形象的传递信息，使其成为主流的信息传递媒介，图像多媒体通信使我们的表达更加形象化和具体化，使得交流更加便捷。然而图像多媒体通信是一把双刃剑，由于网络具有开放性和共享性，当这些数字图像信息在互联网传输过程中，极易受到恶意攻击，给信息拥有者与接收者造成不可估量的损失。所以如何保障数字图像信息在存储和传输过程中的安全性问题成为当前信息安全领域研究的热点方向。

2、目前，文本加密技术已经非常成熟。传统的文本加密算法具有算法复杂度高，加密效率低等缺点，并不适合用在数据量大的图像加密领域。混沌系统迭代产生的伪随机序列是混沌理论在信息安全领域的应用，混沌系统具有多个适用于加密领域的良好特性。将混沌理论引入图像加密算法之后，越来越多的混沌系统被应用在图像加密领域中，以混沌理论为基础的图像加密技术成为图像加密领域的一个重要研究方向。

3、然而，一些现有的基于混沌系统的图像加密方案在混沌映射，加密算法等方面存在一系列的安全缺陷。比如混沌映射的复杂度不够高，混沌范围较小；加密算法抗攻击能力弱，运行效率低；密文图像是杂乱无章的像素矩阵，容易引起攻击者注意等。由此可见，存在图像加密的安全性低的问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种图像加密方法及设备，可以解决图像加密的安全性低的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种图像加密方法，该图像加密方法包括：

3、获取目标图像和载体图像；目标图像为需要进行加密的图像，载体图像用于隐藏目标图像；

4、构建基于余弦函数和正弦函数的二维混沌系统，并利用目标图像获取二维混沌系统的系统参数和初始值；

5、利用目标图像、系统参数和初始值对二维混沌系统进行多次迭代，得到第一混沌矩阵、第二混沌矩阵和第三混沌矩阵；第一混沌矩阵中的元素为随机的0或1，第二混沌矩阵和第三混沌矩阵的维度均与目标图像的维度相同；

6、提取目标图像的三个颜色通道的通道图像，并分别针对每个通道图像，将通道图像划分为多个图像块，并将每个图像块转换为元胞数组；元胞数组用于描述对应的图像块中所有像素的像素值；

7、利用第一混沌矩阵对所有元胞数组进行置乱，得到目标图像的置乱图像；

8、利用第二混沌矩阵和第三混沌矩阵对置乱图像中的每个像素的像素值进行扩散，得到目标图像的密文图像；密文图像用于描述目标图像中所有乱序的像素值；

9、对载体图像的每个颜色通道进行离散余弦变换，得到每个颜色通道对应的颜色分量，并将密文图像嵌入到所有颜色分量中，得到目标图像的最终加密图像。

10、第二方面，本申请实施例提供了一种图像加密装置，包括：

11、获取模块，获取目标图像和载体图像；目标图像为需要进行加密的图像，载体图像用于隐藏目标图像；

12、构建模块，构建基于余弦函数和正弦函数的二维混沌系统，并利用目标图像获取二维混沌系统的系统参数和初始值；

13、迭代模块，利用目标图像、系统参数和初始值对二维混沌系统进行多次迭代，得到第一混沌矩阵、第二混沌矩阵和第三混沌矩阵；第一混沌矩阵中的元素为随机的0或1，第二混沌矩阵和第三混沌矩阵的维度均与目标图像的维度相同；

14、分块模块，提取目标图像的三个颜色通道的通道图像，并分别针对每个通道图像，将通道图像划分为多个图像块，并将每个图像块转换为元胞数组；元胞数组用于描述对应的图像块中所有像素的像素值；

15、置乱模块，利用第一混沌矩阵对所有元胞数组进行置乱，得到目标图像的置乱图像；

16、扩散模块，利用第二混沌矩阵和第三混沌矩阵对置乱图像中的每个像素的像素值进行扩散，得到目标图像的密文图像；密文图像用于描述目标图像中所有乱序的像素值；

17、嵌入模块，对载体图像的每个颜色通道进行离散余弦变换，得到每个颜色通道对应的颜色分量，并将密文图像嵌入到所有颜色分量中，得到目标图像的最终加密图像。

18、第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行上述计算机程序时实现上述的图像加密方法。

19、第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的图像加密方法。

20、本申请的上述方案有如下的有益效果：

21、在本申请的实施例中，通过获取目标图像和载体图像，然后构建基于余弦函数和正弦函数的二维混沌系统，并利用目标图像获取二维混沌系统的系统参数和初始值，再利用目标图像、系统参数和初始值对二维混沌系统进行多次迭代，得到第一混沌矩阵、第二混沌矩阵和第三混沌矩阵，然后提取目标图像的三个颜色通道的通道图像，并分别针对每个通道图像，将通道图像划分为多个图像块，并将每个图像块转换为元胞数组，再利用第一混沌矩阵对所有元胞数组进行置乱，得到目标图像的置乱图像，然后利用第二混沌矩阵和第三混沌矩阵对置乱图像中的每个像素的像素值进行扩散，得到目标图像的密文图像，再对载体图像的每个颜色通道进行离散余弦变换，得到每个颜色通道对应的颜色分量，并将密文图像嵌入到所有颜色分量中，得到目标图像的最终加密图像。其中，基于余弦函数和正弦函数构建的二维混沌系统的混沌特性提高，利用混沌特性高的二维混沌系统对目标图像进行置乱和扩散，能够有效提高加密效果和效率，同时，利用第二混沌矩阵和第三混沌矩阵进行扩散，使得密文图像的随机性提高，将密文图像嵌入到载体图像中，使得最终加密图像在视觉上为载体图像，进一步提高图像加密的安全性。

22、本申请的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种图像加密方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述二维混沌系统为：

3.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述利用所述目标图像获取所述二维混沌系统的系统参数和初始值，包括：

4.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述利用所述目标图像、所述系统参数和所述初始值对所述二维混沌系统进行多次迭代，得到第一混沌矩阵、第二混沌矩阵和第三混沌矩阵，包括：

5.根据权利要求4所述的图像加密方法，其特征在于，所述基于所有最终序列获取第一混沌矩阵、第二混沌矩阵和第三混沌矩阵，包括：

6.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述将所述通道图像划分为多个图像块，并将每个图像块转换为元胞数组，包括：

7.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述利用所述第一混沌矩阵对所有元胞数组进行置乱，得到所述目标图像的置乱图像，包括：

8.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述利用所述第二混沌矩阵和所述第三混沌矩阵对所述置乱图像中的每个像素的像素值进行扩散，得到所述目标图像的密文图像，包括：

9.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述将所述密文图像嵌入到所有颜色分量中，得到所述目标图像的最终加密图像，包括：

10.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9任一项所述的图像加密方法。

技术总结
本申请涉及图像加密技术领域，提供了一种图像加密方法及设备，该方法包括：构建基于余弦函数和正弦函数的二维混沌系统，并利用目标图像获取二维混沌系统的系统参数和初始值；对二维混沌系统进行多次迭代，得到第一混沌矩阵、第二混沌矩阵和第三混沌矩阵；提取目标图像的三个通道图像，并进行划分得到多个元胞数组；利用第一混沌矩阵对所有元胞数组进行置乱，得到目标图像的置乱图像；利用第二混沌矩阵和第三混沌矩阵对置乱图像中的像素值进行扩散，得到密文图像；对载体图像的每个颜色通道进行离散余弦变换，得到每个颜色通道对应的颜色分量，并将密文图像嵌入到所有颜色分量中，得到最终加密图像。本申请的方法能够提高图像加密的安全性。

技术研发人员：许雪梅,姚叶霞,王枭,蒋朝晖
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20