CN108961140A - 图像保护方法及装置、图像还原方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像保护方法及装置、图像还原方法及装置，图像保护方法包括：获取水印图像和待保护彩色图像；将水印图像嵌入待保护彩色图像得到嵌入图像；对嵌入图像加密得到加密嵌入图像。本发明将水印图像嵌入待保护彩色图像，通过水印图像对待保护彩色图像进行一重保护。嵌入后再对嵌入图像进行两次加密，一次打乱像素分布，一次修改像素值，对待保护彩色图像多重保护。修改了像素值后攻击者从加密嵌入图像中无法直接得到待保护彩色图像的任何信息，从加密嵌入图像还原出待保护彩色图像的过程复杂，破解难度大。且在图像还原过程中可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后才还原待保护彩色图像，大大增加了待保护彩色图像的安全性。

Description

图像保护方法及装置、图像还原方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理及加密技术领域，具体而言，涉及一种图像保护方法及装置、图像还原方法及装置。

背景技术

目前，用户经常通过社交网络分享图像，有时图像涉及到用户的隐私，为了防止图像内容泄露，在分享图像之前需要先对图像进行加密保护。

当前，相关技术中通常由用户自己设置一个密码，通过该密码对图像进行加密得到该图像对应的密文数据，然后通过网络将密文数据传输给接收端，而且用户通过即时通讯或移动网络等方式将上述密码发送给接收端。接收端通过该密码对接收到的密文数据解密得到该图像，这类方法虽然对图像内容起到一定的保护作用。

然而，用户一旦解密图像后，可以随意支配该图像，为了防止图像内容被合法用户再次随意分发出去造成隐私泄露，此外，现有的技术大多数在图像的空间域进行图像加密，空间域的图像加密没有对图像进行双重保护，例如，水印/指纹技术对解密图像使用的持续监控。为此，本发明专利提出在图像的二级小波变换的LH2子带嵌入水印，然后在空间域进行加密。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种图像保护方法及装置、图像还原方法及装置，以解决现有技术存在的以下问题:现有技术通过用户自己设置的密码来加密图像，加密图像容易被恶意份子截获或攻破，进而导致图像内容外泄，给用户带来损失，图像安全性很低。

第一方面，本发明实施例提供了一种图像保护方法，所述方法包括：

获取水印图像和待保护的彩色图像；

将所述水印图像嵌入所述待保护的彩色图像中，得到嵌入图像；

对所述嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述将所述水印图像嵌入所述待保护的彩色图像中，得到嵌入图像，包括：

对所述待保护的彩色图像进行二级小波分解，得到LH2子带和其他相关分量；

将所述水印图像嵌入所述LH2子带；

根据其他相关分量和嵌入操作后的所述LH2子带进行逆小波变换，得到嵌入图像。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述将所述水印图像嵌入所述LH2子带，包括：

分别对所述水印图像和所述LH2子带进行离散余弦变换，得到水印余弦系数和LH2余弦系数；

分别对所述水印余弦系数及所述LH2余弦系数进行奇异值分解，得到所述水印图像对应的奇异值矩阵及所述LH2子带对应的奇异值矩阵；

将所述水印图像对应的奇异值矩阵嵌入所述LH2子带对应的奇异值矩阵。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述将所述水印图像嵌入所述LH2子带之前，还包括：

对所述水印图像进行Arnold变换，得到置乱后的水印图像。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述对所述嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像，包括：

获取所述嵌入图像的三个颜色分量；

根据预设置乱数组对所述三个颜色分量进行行列置乱，将置乱后的所述三个颜色分量组合还原为置乱图像；

根据预设密钥矩阵修改所述置乱图像的三个颜色分量像素点的值，得到加密嵌入图像。

第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的图像保护方法对应的图像还原方法，所述方法包括：

获取待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像；

对所述加密嵌入图像进行彩色解密，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像；

从所述嵌入图像中提取出水印图像及所述待保护的彩色图像。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第一种可能的实现方式，其中，所述对所述加密嵌入图像进行彩色解密，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像，包括：

根据预设密钥矩阵还原所述加密嵌入图像的三个颜色分量像素点的值，得到置乱图像；

对预设置乱数组进行反变换得到还原数组；

通过所述还原数组对所述置乱图像的三个颜色分量进行行列逆置乱，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第二种可能的实现方式，其中，所述从所述嵌入图像中提取出水印图像及所述待保护的彩色图像，包括：

对所述嵌入图像进行二级小波分解，得到LH2嵌入子带和其他相关分量；

从所述LH2嵌入子带中提取出水印图像；

对其他相关分量及提取水印后的所述LH2嵌入子带进行逆小波变换，得到所述待保护的彩色图像。

第三方面，本发明实施例提供了一种图像保护装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取待保护的彩色图像和水印图像；

嵌入模块，用于将所述水印图像嵌入所述待保护的彩色图像中，得到嵌入图像；

加密模块，用于对所述嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像。

第四方面，本发明实施例提供了一种图像还原装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像；

解密模块，用于对所述加密嵌入图像进行解密，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像；

提取模块，用于从所述嵌入图像中提取出水印图像及所述待保护的彩色图像。

在本发明实施例提供的方法及装置中，获取水印图像和待保护的彩色图像；将水印图像嵌入待保护的彩色图像中得到嵌入图像；对嵌入图像进行加密得到加密嵌入图像。本发明将水印图像嵌入待保护的彩色图像，通过水印图像对待保护的彩色图像进行一重保护。嵌入之后再对嵌入图像进行两次加密，一次打乱像素分布，一次修改像素值，实现对待保护的彩色图像的多重保护。由于修改了像素值，所以攻击者从加密嵌入图像中无法直接得到待保护的彩色图像的任何信息。在图像还原时，需要先对加密嵌入图像进行两次解密，然后再提取出水印图像，才能还原出待保护的彩色图像，过程复杂，破解难度很大。且在图像还原过程中可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后才还原待保护的彩色图像，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例1所提供的一种图像保护方法的流程图；

图2示出了本发明实施例1所提供的图像保护方法的另一种流程示意图；

图3示出了本发明实施例1所提供的彩色加密的流程示意图；

图4示出了本发明实施例2所提供的一种图像还原方法的流程图；

图5示出了本发明实施例2所提供的提取水印图像的流程示意图；

图6示出了本发明实施例3所提供的一种图像保护装置的结构示意图；

图7示出了本发明实施例4所提供的一种图像还原装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有技术中通过混沌加密的方式来保护图像，加密图像容易被恶意份子截获或攻破，进而导致图像内容外泄，给用户带来损失，安全性不够高。基于此，本发明实施例提供了一种图像保护方法及装置、图像还原方法及装置，下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了一种图像保护方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤101：获取水印图像和待保护的彩色图像。

待保护的彩色图像为对用户来说很重要，需要进行保护以防止外泄的图像。水印图像可以为指纹图像或人脸图等能够表示个人身份特征或生物特征的图像。本发明实施例的执行主体为用于图像保护的终端，该终端接收用户提交的待保护的彩色图像和水印图像，然后通过步骤102和103的操作将水印图像嵌入待保护的彩色图像并进行加密，以实现对待保护的彩色图像进行多重保护的目的。

步骤102：将水印图像嵌入待保护的彩色图像中，得到嵌入图像。

本发明实施例通过如下步骤A1-A3的操作将水印图像嵌入待保护的彩色图像中，具体包括：

A1：对待保护的彩色图像进行二级小波分解，得到LH2子带和其他相关分量。

对待保护的彩色图像进行二阶离散小波变换，得到LH2子带和其他相关分量。其中，LH2子带用于嵌入水印图像。为了将水印图像成功嵌入LH2子带，本发明实施例中所采用的水印图像的尺寸与LH2子带的尺寸相同。例如，假设待保护的彩色图像的尺寸为512×512，分解出的LH2子带的尺寸为128×128，则步骤101中获取的水印图像须为128×128的灰度图像。

A2：将水印图像嵌入上述LH2子带。

在本发明实施例中，可以直接将水印图像嵌入上述LH2子带。也可以先对水印图像进行Arnold变换，得到置乱后的水印图像，然后再将置乱后的水印图像嵌入LH2子带，如此对水印图像进行一次加密保护，以增加从嵌入之后的图像中提取水印图像的难度，防止非法提取水印及对水印的篡改，提高图像保护的安全性。Arnold变换的变换公式为：

i'＝(i+j)mod N

j'＝(i+2 j)mod N

其中，i,j∈(1,N)，N为图像的尺寸。

Arnold变换具有周期性，其变换周期与图像尺寸密切相关，如尺寸为128×128的图像对应的变换周期为96，则可对128×128的图像进行初始次数的Arnold变换加密，该初始次数小于96。在对图像进行解密时计算96与初始次数之间的差值，对之前加密后的图像进行该差值次的Arnold变换即可得到最初的图像。在本步骤中，对水印图像进行初始次数的Arnold变换后，还存储该初始次数，以便于图像还原过程中根据该初始次数来提取水印图像。

通过上述方式对水印图像进行Arnold变换加密之后，通过如下步骤B1-B3的操作将水印图像嵌入LH2子带。或者不对水印图像进行Arnold变换加密，直接通过如下步骤B1-B3的操作将水印图像嵌入LH2子带，具体包括：

B1：分别对水印图像和LH2子带进行离散余弦变换，得到水印余弦系数和LH2余弦系数。

通过如下公式(1)中第一行的公式对LH2子带进行离散余弦变换，得到LH2余弦系数。通过如下公式(1)中第二行的公式对水印图像进行离散余弦变换，得到水印余弦系数。

其中，在公式(1)中，LH2为LH2子带，DCT()为离散余弦变换函数，H_DCT为LH2余弦系数。W为水印图像，W_DCT为水印余弦系数。

B2：分别对水印余弦系数及LH2余弦系数进行奇异值分解，得到水印图像对应的奇异值矩阵及LH2子带对应的奇异值矩阵。

通过如下公式(2)中第一行的公式对LH2余弦系数进行奇异值分解，得到LH2子带对应的奇异值矩阵。通过如下公式(2)中第二行的公式对水印余弦系数进行奇异值分解，得到水印图像对应的奇异值矩阵。

在公式(2)中，H_DCT为LH2余弦系数，SVD()为奇异值分解函数，SH为LH2子带对应的奇异值矩阵，UH,VH为LH2子带奇异值分解的正交矩阵。W_DCT为水印余弦系数,SW为水印图像对应的奇异值矩阵，UW,VW为水印图像奇异值分解的正交矩阵。

在本发明实施例中，分别对水印余弦系数及LH2余弦系数进行奇异值分解之后，还存储LH2子带对应的奇异值矩阵SH及水印图像奇异值分解的正交矩阵UW,VW，以便于在图像还原过程中根据SH，UW,VW还原水印图像。同样地，还存储待保护的彩色图像的LH2子带奇异值分解的正交矩阵UH,VH，以便于在图像还原过程中根据SH，UH,VH还原待保护的彩色图像。

B3：将水印图像对应的奇异值矩阵嵌入LH2子带对应的奇异值矩阵。

得到水印图像对应的奇异值矩阵及LH2子带对应的奇异值矩阵后，通过如下公式(3)将水印图像对应的奇异值矩阵嵌入LH2子带对应的奇异值矩阵。

Host_Embed＝(SH)+K(SW)(K∈(0.01,0.12))……(3)

在公式(3)中，K为嵌入强度系数，SW为水印图像对应的奇异值矩阵，SH为LH2子带对应的奇异值矩阵，Host_Embed为嵌入奇异值矩阵。

A3：根据二级小波变换的其他相关分量和嵌入操作后的LH2子带进行逆小波变换，得到嵌入图像。

如图2中所示，对上述嵌入操作后的嵌入奇异值矩阵依次进行逆奇异值分解和逆离散余弦变换，然后再与步骤A1中分解出的其他相关分量进行逆离散小波变换，得到嵌入图像。

步骤103：对嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像。

本发明实施例通过如下步骤C1-C3的操作来对嵌入图像进行加密，具体包括：

C1：获取嵌入图像的三个颜色分量。

读取嵌入图像，获得嵌入图像的三个颜色分量：红imageR、绿iamgeG和蓝imageB。

C2：根据预设置乱数组对三个颜色分量进行行列置乱，将置乱后的三个颜色分量组合还原为置乱图像。

预设置乱数组为预先生成的混沌映射矩阵，首先根据如下超混沌系统生成三个行数组X,Y,Z以及三个列数组R,S,T。

其中，a,b,c,x,y,z为参数，可以用它们生成三个行数组X,Y,Z。将上述公式中的X,Y,Z依次替换为R,S,T，且设置它们的初始参数来生成三个行数组R,S,T。

通过如下公式(4)打乱数组X,Y,Z与R,S,T中元素的排列顺序，得到数组lX，lY，lZ和lR，lS，lT及下标索引数组fX，fY，fZ和fR，fS，fT。下标索引数组fX，fY，fZ和fR，fS，fT即为上述预设置乱数组。

其中，下标索引数组fX，fY，fZ包括的元素均为(1，M)之间M个互不重复的整数，下标索引数组fR，fS，fT包括的元素均为(1，N)之间N个互不重复的整数。通过如下公式(5)使用fX,fR对嵌入图像的颜色分量imageR进行像素点打乱，使用fY,fS对颜色分量iamgeG进行像素点打乱，使用fZ,fT对颜色分量imageB进行像素点打乱。

在公式(5)中，i∈(1,M),j∈(1,N)，嵌入图像的尺寸为M×N。

通过上述方式对嵌入图像的三个颜色分量imageR、iamgeG和imageB进行行列置乱后，将得到的置乱后的三个颜色分量imageR'(i,j)，iamgeG'(i,j)，imageB'(i,j)组合还原成置乱图像。在本发明实施例中，还存储预设置乱数组fX，fY，fZ和fR，fS，fT，以便在图像还原过程中用于进行图像解密。

置乱图像是对嵌入图像进行第一次加密后得到的图像，由于本次加密仅仅打乱了嵌入图像中的像素点，如此攻击者仍然可能从中提取出嵌入图像的一些信息，因此本发明实施例还通过如下步骤C3来修改像素点的值，进一步提高图像保护的安全性。

C3：根据预设密钥矩阵修改置乱图像的三个颜色分量像素点的值，得到加密嵌入图像。

本发明实施例中，根据上述数组lX，lY，lZ和lR，lS，lT，根据如下逻辑映射公式，通过迭代运算M×N×3次得到三维数组image_key。

X_n+1＝uX_n(1-X_n)

其中，u是控制参数。

image_key与上述置乱图像的大小相同。由于得到的image_key为0到1之间的浮点数，因此基于混沌映射的关系对其进行如下处理：

image_key′_(i,j,k)＝mod(image_key_(i,j,k)×10¹⁴,256)

其中，image_key_(i,j,k)为混沌映射生成的矩阵，mod()函数为求余运算；k为颜色分量的序号，取值为1、2或3。

通过上述处理得到的新的image_key数组即为上述预设密钥矩阵，其矩阵元素值均在0到255之间。

通过如下公式(6)将上述预设密钥矩阵的元素与置乱图像的三个颜色分量像素点的值进行比特位上的异或运算，得到加密嵌入图像，从而实现修改置乱图像中的像素值，大大提高图像保护的安全性。

在公式(6)中，image_key_(i,j,k)为预设密钥矩阵，image'(i,j,k)为置乱图像，image″(i,j,k)为加密嵌入图像。在本发明实施例中，还存储预设密钥矩阵，以便在图像还原过程中根据预设密钥矩阵进行图像解密。

为了便于理解上述加密过程，下面结合附图进行说明。如图2所示，S1：读取嵌入图像的三个颜色分量。S2：通过预设置乱数组对三个颜色分量进行行列置乱，得到第一步加密后的置乱图像。S3：根据预设密钥矩阵，将置乱图像三个颜色分量中的像素值与预设密钥矩阵中下标序号对应的值进行异或运算，得到最终的加密嵌入图像。

在本发明实施例中，如图3所示，R1：对待保护图像进行二阶离散小波变换，得到LH2子带和其他相关分量。R2：选取LH2子带进行离散余弦变换，得到LH2余弦系数。R3：对LH2余弦系数进行奇异值分解，得到LH2子带对应的奇异值矩阵，然后执行步骤R6。R4：对水印图像进行离散余弦变换，得到水印余弦系数。R5：对水印余弦系数进行奇异值分解，得到水印图像对应的奇异值矩阵。R6：将水印图像对应的奇异值矩阵嵌入LH2子带对应的奇异值矩阵，得到嵌入奇异值矩阵。R7：对嵌入奇异值矩阵依次进行逆奇异值分解及逆离散余弦变换，得到LH2嵌入子带。R8：对LH2嵌入子带和其他相关分量依次进行逆离散小波变换及加密操作，得到加密嵌入图像。

将水印图像嵌入待保护的彩色图像中，然后打乱嵌入水印图像后的待保护的彩色图像的像素分布，最后修改打乱操作后图像中三个颜色分量的像素点的值，对待保护的彩色图像进行多重保护。在需要通过网络传输待保护的彩色图像时，在网络中传输待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像，由于加密嵌入图像中的像素值经过修改，因此攻击者无法从加密嵌入图像中直接提取到待保护的彩色图像的任何信息，需要经过两次解密并提取出水印图像后才能得到待保护的彩色图像，破解难度很大，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

在本发明实施例中，将水印图像嵌入待保护的彩色图像，通过水印图像对待保护的彩色图像进行一重保护。嵌入之后再对嵌入图像进行两次加密，一次打乱像素分布，一次修改像素值，实现对待保护的彩色图像的多重保护。由于修改了像素值，所以攻击者从加密嵌入图像中无法直接得到待保护的彩色图像的任何信息。在图像还原时，需要先对加密嵌入图像进行两次解密，然后再提取出水印图像，才能还原出待保护的彩色图像，过程复杂，破解难度很大。且在图像还原过程中可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后才还原待保护的彩色图像，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

实施例2

参见图4，本发明实施例提供了一种图像还原方法，该方法用于从上述实施例1提供的图像保护方法生成的加密嵌入图像中还原出待保护的彩色图像，该还原过程为实施例1所提供的图像保护过程的逆过程。该方法具体包括以下步骤：

步骤201：获取待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像。

接收用户提交的待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像，或者接收其他终端发送的待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像。

步骤202：对加密嵌入图像进行解密，得到待保护的彩色图像对应的嵌入图像。

本发明实施例通过如下步骤a-c来对加密嵌入图像进行解密，具体包括：

a，根据该预设密钥矩阵还原加密嵌入图像的三个颜色分量像素点的值，得到置乱图像。

获取图像加密过程中存储的预设密钥矩阵image_key。将加密嵌入图像的三个颜色分量像素点的值与预设密钥矩阵image_key的元素值进行异或运算，得到置乱图像。

b,对预设置乱数组进行反变换得到还原数组。

获取图像加密过程中存储的预设置乱数组fX，fY，fZ和fR，fS，fT。通过如下方式将预设置乱数组fX进行一次反变换得到还原数组fX′，具体变换如下所示：

while j<n+1

fX'_j＝find(fX_j＝＝j)；

j＝j+1；

end

其中，j的初始值为1，n为预设置乱数组的长度。

对于预设置乱数组fY，fZ和fR，fS，fT，同样按照上述方式进行一次变换，得到还原数组fY′，fZ′和fR′，fS′，fT′。

c，通过上述还原数组对置乱图像的三个颜色分量进行逆行列置乱，得到fS′待保护的彩色图像对应的嵌入图像。

通过公式(7)使用fX′和fR′对嵌入图像的颜色分量imageR'进行逆行列置乱，使用fY′和fS′对颜色分量iamgeG'进行逆行列置乱，使用fZ′和fT′对颜色分量imageB'进行逆行列置乱。

通过上述行列置乱操作分别对颜色分量imageR'、iamgeG'和imageB'进行逆行列置乱后，将得到的imageR、iamgeG和imageB组合还原为嵌入图像。该嵌入图像即为嵌入水印图像后的待保护的彩色图像。

步骤203：从嵌入图像中提取出水印图像及待保护的彩色图像。

本发明实施例通过如下步骤d-f来从嵌入图像中还原出水印图像和待保护的彩色图像，具体包括：

d，对嵌入图像进行二级小波分解，得到LH2嵌入子带和其他相关分量。

对嵌入图像进行二阶离散小波变换，得到LH2嵌入子带和其他相关分量。其中，LH2嵌入子带中嵌有水印图像。

e，从上述LH2嵌入子带中提取出水印图像。

首先通过如下公式(8)对上述LH2嵌入子带进行离散余弦变换，得到余弦系数。

W1_DCT＝DCT(W_LH2)……(8)

在公式(8)中，W_LH2为从嵌入图像中分解出的LH2子带，DCT()为离散余弦变换函数，W1_DCT为对W_LH2进行离散余弦变换得到的余弦系数。

通过如下公式(9)对得到的余弦系数W1_DCT进行奇异值分解得到嵌入奇异值矩阵。

[WUH,WSH,WVH]＝SVD(W1_DCT)……(9)

在公式(9)中，SVD()为奇异值分解函数，WSH为嵌入奇异值矩阵，WUH,WVH为奇异值分解的正交矩阵。

获取图像保护过程中存储的待保护的彩色图像对应的奇异值矩阵SH及水印图像对应的正交矩阵UW,VW。根据预先存储的待保护的彩色图像对应的奇异值矩阵SH，通过如下公式(10)从嵌入奇异值矩阵WSH中分离出水印图像对应的奇异值矩阵Extract_SW。

Extract_SW＝(WSH-SH)/K……(10)

在公式(10)中，K为嵌入强度系数。

获取图像保护过程中存储的水印图像对应的正交矩阵UW,VW。根据水印图像对应的奇异值矩阵Extract_SW及预先存储的水印图像对应的正交矩阵UW,VW，进行逆奇异值分解，之后再进行逆余弦变换还原出水印图像。

若在图像保护过程中将水印图像嵌入待保护的彩色图像之前还对水印图像进行了Arnold变换加密，则通过上述逆奇异值分解及逆余弦变换得到的图像为水印图像对应的加密图像。获取图像保护过程中存储的对水印图像进行Arnold变换的初始次数，根据水印图像的尺寸查询尺寸与周期的对应关系，获得水印图像对应的变换周期，计算该变换周期与初始次数之间的差值，对水印图像对应的加密图像进行该差值次Arnold变换，得到水印图像。

由于水印图像为指纹图像或人脸图等能够表示个人身份特征或生物特征的图像，因此通过上述方式还原出水印图像后，可以先通过该水印图像进行用户身份认证，若认证通过再通过后续操作还原并显示待保护的彩色图像。若认证失败则不进行后续操作，不还原出待保护的彩色图像，如此即便攻击者从加密嵌入图像中提取出了水印图像，但攻击者的身份特征或生物特征与水印图像不符，则攻击者也无法获得待保护的彩色图像，大大增加了图像安全性。

为了便于理解从加密嵌入图像中提取水印图像的过程，下面结合附图进行说明。如图5所示，P1：对加密嵌入图像进行解密，得到嵌入图像。P2：对嵌入图像进行二阶离散小波变换得到LH2嵌入子带。P3：对LH2嵌入子带依次进行离散余弦变换及奇异值分解得到嵌入奇异值矩阵。P4：根据预先存储的待保护的彩色图像对应的奇异值矩阵与嵌入奇异值矩阵，提取出水印图像对应的奇异值矩阵。P5：对水印图像对应的奇异值矩阵依次进行逆奇异值分解及逆离散余弦变换得到水印图像。

由于待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像是将水印图像嵌入待保护的彩色图像中，然后打乱嵌入水印图像后的待保护的彩色图像的像素分布，最后修改打乱操作后图像中三个颜色分量的像素点的值得到的。因此加密嵌入图像是对待保护的彩色图像进行了多重保护后的产物。在需要通过网络传输待保护的彩色图像时，在网络中传输待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像，由于加密嵌入图像中的像素值经过修改，因此攻击者无法从加密嵌入图像中直接提取到待保护的彩色图像的任何信息，需要经过两次解密并提取出水印图像后才能得到待保护的彩色图像，破解难度很大，而且可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后再还原待保护的彩色图像，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

在本发明实施例中，图像保护过程中，将水印图像嵌入待保护的彩色图像，通过水印图像对待保护的彩色图像进行一重保护。嵌入之后再对嵌入图像进行两次加密，一次打乱像素分布，一次修改像素值，实现对待保护的彩色图像的多重保护。由于修改了像素值，所以攻击者从加密嵌入图像中无法直接得到待保护的彩色图像的任何信息。在图像还原时，需要先对加密嵌入图像进行两次解密，然后再提取出水印图像，才能还原出待保护的彩色图像，过程复杂，破解难度很大。且在图像还原过程中可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后才还原待保护的彩色图像，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

实施例3

参见图6，本发明实施例提供了一种图像保护装置，该装置用于执行上述实施例1所提供的图像保护方法，该装置包括：

获取模块30，用于获取水印图像和待保护的彩色图像；

嵌入模块31，用于将水印图像嵌入待保护的彩色图像中，得到嵌入图像；

加密模块32，用于对嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像。

上述嵌入模块31包括：

分解单元，用于从待保护的彩色图像中分解出LH2子带和其他相关分量；

嵌入单元，用于将水印图像嵌入LH2子带；

合并单元，用于根据二级小波变换的其他相关分量和嵌入操作后的LH2子带进行逆小波变换，得到嵌入图像。

上述嵌入单元包括：

余弦变换子单元，用于分别对水印图像和LH2子带进行离散余弦变换，得到水印余弦系数和LH2余弦系数；

奇异值分解子单元，用于分别对水印余弦系数及LH2余弦系数进行奇异值分解，得到水印图像对应的奇异值矩阵及LH2子带对应的奇异值矩阵；

嵌入子单元，用于将水印图像对应的奇异值矩阵嵌入LH2子带对应的奇异值矩阵。

在本发明实施例中，嵌入模块31在将水印图像嵌入待保护的彩色图像之前，还对水印图像进行Arnold变换，得到置乱后的水印图像。

在本发明实施例中，加密模块32包括：

获取单元，用于获取嵌入图像的三个颜色分量；

置乱单元，用于根据预设置乱数组对三个颜色分量进行行列置乱，将置乱后的三个颜色分量组合还原为置乱图像；

修改单元，用于根据预设密钥矩阵修改置乱图像的三个颜色分量像素点的值，得到加密嵌入图像。

在本发明实施例中，将水印图像嵌入待保护的彩色图像，通过水印图像对待保护的彩色图像进行一重保护。嵌入之后再对嵌入图像进行两次加密，一次打乱像素分布，一次修改像素值，实现对待保护的彩色图像的多重保护。由于修改了像素值，所以攻击者从加密嵌入图像中无法直接得到待保护的彩色图像的任何信息。在图像还原时，需要先对加密嵌入图像进行两次解密，然后再提取出水印图像，才能还原出待保护的彩色图像，过程复杂，破解难度很大。且在图像还原过程中可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后才还原待保护的彩色图像，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

实施例4

参见图7，本发明实施例提供了一种图像还原装置，该装置用于执行上述实施例2所提供的图像还原方法，该装置用于从上述实施例3所提供的图像保护装置生成的加密嵌入图像中还原出待保护的彩色图像，该装置包括：

获取模块40，用于获取待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像；

解密模块41，用于对加密嵌入图像进行解密，得到待保护的彩色图像对应的嵌入图像；

提取模块42，用于从嵌入图像中提取出水印图像及待保护的彩色图像。

上述解密模块41包括：

还原单元，用于根据预设密钥矩阵还原加密嵌入图像的三个颜色分量像素点的值，得到置乱图像；

对反变换单元，用于预设置乱数组进行反变换得到还原数组；

置乱单元，用于通过还原数组对置乱图像的三个颜色分量进行逆行列置乱，得到待保护的彩色图像对应的嵌入图像。

上述提取模块42包括：

分解单元，用于对嵌入图像进行二级小波分解，得到LH2嵌入子带和其他相关分量；

提取单元，用于从LH2嵌入子带中提取出水印图像；

合并单元，用于对二级小波变换后的其他相关分量及提取水印后的LH2嵌入子带进行逆小波变换，得到待保护的彩色图像。

在本发明实施例中，图像保护过程中，将水印图像嵌入待保护的彩色图像，通过水印图像对待保护的彩色图像进行一重保护。嵌入之后再对嵌入图像进行两次加密，一次打乱像素分布，一次修改像素值，实现对待保护的彩色图像的多重保护。由于修改了像素值，所以攻击者从加密嵌入图像中无法直接得到待保护的彩色图像的任何信息。在图像还原时，需要先对加密嵌入图像进行两次解密，然后再提取出水印图像，才能还原出待保护的彩色图像，过程复杂，破解难度很大。且在图像还原过程中可以通过水印图像进行用户身份认证，认证通过后才还原待保护的彩色图像，大大增加了待保护的彩色图像的安全性。

本发明实施例所提供的图像保护装置及图像还原装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种图像保护方法，其特征在于，所述方法包括：

获取水印图像和待保护的彩色图像；

将所述水印图像嵌入所述待保护的彩色图像中，得到嵌入图像；

对所述嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述水印图像嵌入所述待保护的彩色图像中，得到嵌入图像，包括：

对所述待保护的彩色图像进行二级小波分解，；

将所述水印图像嵌入到LH2子带(二级水平细节分量)；

将嵌入水印后的所述LH2子带以及其他相关的分量进行逆小波变换，得到嵌入图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述水印图像嵌入所述LH2子带，包括：

分别对所述水印图像和所述LH2子带进行离散余弦变换，得到水印余弦系数和LH2余弦系数；

分别对所述水印余弦系数及所述LH2余弦系数进行奇异值分解，得到所述水印图像对应的奇异值矩阵及所述LH2子带对应的奇异值矩阵；

将所述水印图像对应的奇异值矩阵嵌入所述LH2子带对应的奇异值矩阵。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述水印图像嵌入所述LH2子带之前，还包括：

对所述水印图像进行Arnold变换，得到置乱后的水印图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像，包括：

获取所述嵌入图像的三个颜色分量；

根据预设置乱数组对所述三个颜色分量进行行列置乱，将置乱后的所述三个颜色分量组合还原为置乱图像；

根据预设密钥矩阵修改所述置乱图像的三个颜色分量像素点的值，得到加密嵌入图像。

6.一种权利要求1-5任一项所述的图像保护方法对应的图像还原方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像；

对所述加密嵌入图像进行解密，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像；

从所述嵌入图像中提取出水印图像及所述待保护的彩色图像。

7.根据权利要求6所述的图像还原方法，其特征在于，所述对所述加密嵌入图像进行解密，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像，包括：

根据预设密钥矩阵还原所述加密嵌入图像的三个颜色分量像素点的值，得到置乱图像；

对预设置乱数组进行反变换得到还原数组；

通过所述还原数组对所述置乱图像的三个颜色分量进行行列逆置乱，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像。

8.根据权利要求6所述的图像还原方法，其特征在于，所述从所述嵌入图像中提取出水印图像及所述待保护的彩色图像，包括：

对所述嵌入图像进行二级小波分解，得到LH2嵌入子带、其他相关分量；

从所述LH2嵌入子带中提取出水印图像；

对其他相关分量及提取水印后的所述LH2嵌入子带进行逆小波变换，得到所述待保护的彩色图像。

9.一种图像保护装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取待保护的彩色图像和水印图像；

嵌入模块，用于将所述水印图像嵌入所述待保护的彩色图像中，得到嵌入图像；

加密模块，用于对所述嵌入图像进行加密，得到加密嵌入图像。

10.一种图像还原装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取待保护的彩色图像对应的加密嵌入图像；

解密模块，用于对所述加密嵌入图像进行解密，得到所述待保护的彩色图像对应的嵌入图像；

提取模块，用于从所述嵌入图像中提取出水印图像及所述待保护的彩色图像。