一种图像加密方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种图像加密方法、装置及电子设备。

背景技术：

为了提高信息安全，可以对图像进行加密。在图像加密技术领域中，图像信息隐藏算法可分为空域信息隐藏算法和变换域信息隐藏算法。前者通过改变图像中的一些像素点的像素值来实施信息嵌入，其容量较大，无法预知，但安全性低。后者以改变某些图像变换域系数来实施信息嵌入。变换域信息隐藏算法相比于空域信息隐藏算法，能有效提高安全性。

现有的变换域信息隐藏方法以离散傅里叶变换及离散小波变换居多。举例来讲，图像加密过程中，可以对待加密图像进行离散小波变换，得到离散小波图，随后使用混沌压缩感知算法对离散小波图进行加密，得到加密后的噪声图。然而，混沌压缩感知算法中所用的加密秘钥，以及混沌矩阵生成系统，很容易被攻击者窃取。一旦混沌压缩感知算法中所用加密秘钥，以及混沌矩阵生成系统均被攻击者窃取，攻击者就可对进行混沌压缩解密，并对解密得到的离散小波图进行反离散小波变换，从而窃取到加密的图像。

可见，现有的图像加密方法的安全性均不高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种图像加密方法、装置及电子设备，以提高图像加密的安全性。具体技术方案如下：

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种图像加密方法，所述方法包括：

确定载体图像以及待加密图像；

对所述载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对所述待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图；

将所述第一离散小波图和所述第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图；

使用混沌压缩感知算法对所述拼合小波图进行加密，得到加密图像。

可选的，在所述将所述第一离散小波图和所述第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图之前，还包括：

将所述第二离散小波图中各个像素点的灰度值均缩小第一预设倍数。

可选的，所述将所述第一离散小波图和所述第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图的步骤，包括：

截取所述第一离散小波图的左上角区域；

基于每列能量稀疏性相同原则，旋转所述第二离散小波图；

将旋转后的第二离散小波图与所述第一离散小波图的左上角区域拼合，得到拼合小波图。

可选的，所述使用混沌压缩感知算法对所述拼合小波图进行加密，得到加密图像的步骤，包括：

按照如下公式对所述拼合小波图s进行加密，得到加密图像y：

其中，为测量矩阵，和均为掩膜矩阵，α、β1、β2为混沌置乱加密参数。

与上述图像加密方法相对应，本发明实施例还提供了一种图像解密方法，所述方法包括：

使用混沌压缩感知重构算法对所述待解密图像进行解密，得到拼合小波图；

分离所述拼合小波图，得到待解密离散小波图；

对所述待解密离散小波图进行离散小波反变换，得到解密图像。

可选的，所述使用混沌压缩感知重构算法对所述待解密图像进行解密，得到拼合小波图的步骤，包括：

按照如下公式对所述待解密图像y′进行解密，得到拼合小波图s′：

其中，为测量矩阵，和均为掩膜矩阵，α、β1、β2为混沌置乱加密参数。

可选的，所述分离所述拼合小波图，得到待解密离散小波图的步骤，包括：

基于图像加密过程中所述拼合小波图的拼合规则，分离所述拼合小波图，得到待解密离散小波图。

可选的，在所述对所述待解密离散小波图进行离散小波反变换，得到解密图像之前，还包括：

对所述待解密离散小波图中各个像素点的灰度值均扩大第二预设倍数。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种图像加密装置，所述装置包括：

确定模块，用于确定载体图像以及待加密图像；

转换模块，用于对所述载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对所述待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图；

拼合模块，用于将所述第一离散小波图和所述第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图；

加密模块，用于使用混沌压缩感知算法对所述拼合小波图进行加密，得到加密图像。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一方法步骤。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法步骤。

本发明实施例提供的图像加密方法、装置及电子设备中，可以确定载体图像以及待加密图像；对载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图；将第一离散小波图和第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图；使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像。本发明实施例中，即使混沌压缩感知加密算法中所用加密秘钥，以及混沌矩阵生成系统均被攻击者窃取，攻击者进行混沌压缩解密，并对解密得到的离散小波图进行反离散小波变换后，能够得到视觉上有意义的隐秘图像，而无法获得上述待加密图像，从而降低了攻击者进一步破解加密图像的概率，提高了图像加密的安全性。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的图像加密方法的一种流程图；

图2为本发明实施例提供的图像加密的一种示意图；

图3为本发明实施例提供的攻击者进行图像解密的一种示意图；

图4为本发明实施例提供的图像解密方法的一种流程图；

图5为本发明实施例提供的图像解密的一种示意图；

图6为本发明实施例提供的图像加密装置的一种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的图像解密装置的一种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

参见图1，图1为本发明实施例提供的图像加密方法的一种流程图，该方法包括以下步骤：

s101：确定载体图像以及待加密图像。

本发明实施例中，载体图像不是需要保密的图像，为待加密图像的载体。载体图像可以任意选取，即使被攻击者解密出，也不必担心保密信息泄露。待加密图像是真正需要保密的图像，若被攻击者解密出，会导致保密信息泄露。可以参见图2，图2为本发明实施例提供的图像加密的一种示意图。正如图2所示，载体图像只需要一个，待加密图像可以为一个或多个。

s102：对载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图。

参见图2，本发明实施例中，可以对载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图。对待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图。

本发明实施例中，对图像进行离散小波变换后，得到的离散小波图为矩阵的形式，矩阵中每个元素代表一个像素点，矩阵中元素的值表示该像素点的灰度值。且离散小波图的能量集中在左上角的固定区域，即矩阵中左上角的固定区域中像素点灰度值是非零的，其他区域中像素点的灰度值均为零。

例如，如图2所示，一张载体图像经过离散小波变换后，得到一个第一离散小波图，三张待加密图像经过离散小波变化后，得到三个第二离散小波图，其中，每个离散小波图的能量均集中在左上角区域，图2中用阴影进行表示，即非阴影部分的像素点的灰度值均为0。

s103：将第一离散小波图和第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图。

本发明实施例中，可以将第一离散小波图和第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图。

本发明一种实施例中，上述步骤s103，具体可以包括以下细化步骤：

步骤11：截取第一离散小波图的左上角区域。

一种实施例中，可以根据第二离散小波图的数量，以及第一离散小波图和第二离散小波图的尺寸比例，截取第一离散小波图的左上角区域。

例如，第二离散小波图的数量为3，第一离散小波图的长度与第二离散小波图的长度的比例为2:1，第一离散小波图的高度与第二离散小波图的高度的比例为2:1，则可以截取第一离散小波图的位于左上角的四分之一区域，如图2所示。

再例如，第二离散小波图的数量为8，第一离散小波图的长度与第二离散小波图的长度的比例为3:1，第一离散小波图的高度与第二离散小波图的高度的比例为3:1，则可以截取第一离散小波图的位于左上角的九分之一区域。

本发明实施例中，还可以采用其他方式截取第一离散小波图的左上角区域，只需要保证截取的左上角区域与第二离散小波图，可以组成矩形的图像即可。

步骤12：基于每列能量稀疏性相同原则，旋转第二离散小波图。

步骤13：将旋转后的第二离散小波图与第一离散小波图的左上角区域拼合，得到拼合小波图。

为了便于描述，将上述步骤12和步骤13合起来进行说明。

本发明实施例中，为了达到更好的加密效果，可以基于每列能量稀疏性相同的原则，拼合第一离散小波图和第二离散小波图。其中，每列能量稀疏性相同指的是拼合后的小波图中每一列中非零元素的个数大致相同。

由于第一离散小波图和第二离散小波图中非零元素均集中在左上角区域因此，为了使得拼合后小波图中每一列中非零元素的个数大致相同，可以旋转第二离散小波图，旋转后与第一离散小波图的左上角区域拼合。

参见图2，可以分别将三个第二离散小波图顺时针旋转270°、90°以及180°，并分别拼接到右上角区域，左下角区域，右下角区域。可见，拼合后的小波图中每列能量稀疏性相同。可以理解的，图2所示并非唯一一种拼合方式，只要保证每列能量稀疏性相同即可。

此外，图2所示仅以一个第一离散小波图和三个第二离散小波图为例，本领域技术人员应当理解，当有更多的第二离散小波图时，均可以基于每列能量稀疏性相同的方法进行拼合。

s104：使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像。

本发明实施例中，得到拼合小波图后，可以使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像。

一种实施例中，可以按照如下公式对拼合小波图s′进行加密，得到加密图像y：

其中，为测量矩阵，和均为掩膜矩阵，α、β1、β2为混沌置乱加密参数。上述测量矩阵，掩膜矩阵，以及混沌置乱加密参数均可根据相关技术生成，本发明实施例对此不做具体限定。

至此，即完成了对图像的加密，参见图2，加密后的图像为噪声图。

参见图3，图3为本发明实施例提供的基于图2的攻击者进行图像解密的一种示意图。如图3所示，若混沌压缩感知加密算法中所用加密秘钥，以及混沌矩阵生成系统均被攻击者窃取，攻击者进行混沌压缩解密，可以得到拼合小波图，然而攻击者并不知拼合小波图的拼接规则。若攻击者对拼合小波图直接进行离散小波反变换，则会得到含密文的载体图像，记为隐秘图像。由于攻击者得到了视觉上有意义的隐秘图像，从而使攻击者以为已解密成功，降低了攻击者进一步破解的概率。可见，采用本发明实施例提供的图像加密方法，攻击者无法获取解密后的图像，也即上述待加密图像，从而提高了图像加密的安全性。

由于拼合小波图是根据第一离散小波图和第二离散小波图拼合得到的，攻击者破解得到视觉上有意义的隐秘图像中隐约可以看到待加密图像的部分像素，因此，应尽量提高攻击者所破解得到的隐秘图像中待加密图像的不可感知性。通常，攻击者所破解得到的隐秘图像越清晰，则越不容易从中看出待加密图像的部分像素。

本发明的一种实施例中，经实验表明，为了提高攻击者所破解得到的隐秘图像中待加密图像的不可感知性，在对第一离散小波图进行截取时，可以截取第一离散小波图的左上角的四分之一区域。

本发明的一种实施例中，为了提高攻击者所破解得到的隐秘图像中待加密图像的不可感知性，在加密过程中，步骤s102与步骤s103之间，可以增加以下步骤：将第二离散小波图中各个像素点的灰度值均缩小第一预设倍数。

本发明实施例中，预设倍数越大，则攻击者经过上述过程所得到的隐秘图像的清晰度越高，也即攻击者所破解得到的隐秘图像中越不容易感知到待加密图像，从而，攻击者会有较大概率停止进一步的破解，然而，这样预设倍数过大会导致用户解密出的待加密图像的清晰度降低。反之，预设倍数越小，则攻击者经过上述过程所得到的隐秘图像的清晰度越低，则攻击者有可能对图像进行进一步的破解，不过预设倍数较小时，用户解密出的待加密图像的清晰度较高。通常可将第一预设倍数设置在10～20之间，具体实施时可根据加密图的恢复精度等实际需求进行调整。

本发明实施例还提供了一种图像解密方法，参见图4，图4为本发明实施例提供的图像解密方法的一种流程图，可以包括以下步骤：

s401：使用混沌压缩感知重构算法对待解密图像进行解密，得到拼合小波图。

本发明实施例中，可以根据混沌压缩感知重构算法对加密后的图像进行解密，其中，混沌压缩感知重构算法为现有的解密算法，能够对使用混沌压缩感知算法加密的图像进行解密。

本发明一种实施例中，可以按照如下公式对待解密图像y′进行解密，得到拼合小波图s′，

其中，为测量矩阵，和均为掩膜矩阵，α、β1、β2为混沌置乱加密参数。上述测量矩阵，掩膜矩阵，以及混沌置乱加密参数与加密过程中所使用的相同，在此不赘述。

s402：分离拼合小波图，得到待解密离散小波图。

参见图5，图5为本发明实施例提供的图像解密的一种示意图，本发明实施例中，在得到拼合小波图之后，可以对其进行分离，得到每个待解密离散小波图。

本发明实施例中，可以基于加密过程中拼合小波图的拼合规则，分离拼合小波图，得到待解密离散小波图。

在图像解密过程中，可以根据图像加密过程中生成拼合小波图的逆过程对拼合小波图进行分解，得到待解密离散小波图。举例来讲，参见图5，若在图像加密过程中，三个第二离散小波图分别顺时针旋转了270°、90°以及180°，并分别拼接到右上角区域，左下角区域，右下角区域，则在解密过程中，可以截取拼合小波图，得到左上角区域，右上角区域，左下角区域以及右下角区域，将右上角区域逆时针旋转270°，将左下角区域逆时针旋转90°，将右下角区域逆时针旋转180°，即可得到三个待解密离散小波图。而左上角区域对应于载体图像的离散小波图，由于解密过程是为了恢复加密的图像，因此可以不用对载体图像进行解密。

s403：对待解密离散小波图进行离散小波反变换，得到解密图像。

在得到待解密离散小波图后，可以分别对其进行离散小波反变换，即可得到解密图像。其中，离散小波反变换是离散小波变换的逆过程，可以将矩阵形式的离散小波图转换为灰度图像，具体实现过程属于现有技术，不再赘述。

可见，本发明实施例提供的图像解密方法，能够将采用本发明实施例提供的图像加密方法进行加密的图像解密出来，且能够有效防止攻击者的破解，安全性高。

本发明一种实施例中，在对待解密离散小波图进行离散小波反变换，得到解密图像之前，还可以包括：

对待解密离散小波图中各个像素点的灰度值均扩大第二预设倍数。

本发明的一种实施例中，由于在图像加密过程中，可以对第二离散小波图中各个像素点的灰度值均缩小第一预设倍数，则在图像解密过程中，分离拼合小波图后得到待解密离散小波图后，可以将待解密离散小波图中各个像素点的灰度值均扩大第二预设倍数，然后再进行离散小波反变换，其中第二预设倍数与第一预设倍数相同。

相应于本发明实施例提供的图像加密方法，本发明实施例提供了一种图像加密装置，参见图6，可以包括如下模块：

确定模块601，用于确定载体图像以及待加密图像。

转换模块602，用于对载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图。

拼合模块603，用于将第一离散小波图和第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图。

加密模块604，用于使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像。

本发明一种实施例中，在图6所示的图像加密装置的基础上，还可以包括：缩小模块，用于将第二离散小波图中各个像素点的灰度值均缩小第一预设倍数。

本发明一种实施例中，拼合模块603，具体用于：截取第一离散小波图的左上角区域；

基于每列能量稀疏性相同原则，旋转第二离散小波图；

将旋转后的第二离散小波图与第一离散小波图的左上角区域拼合，得到拼合小波图。

本发明一种实施例中，加密模块604，具体用于：

使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像的步骤，包括：

按照如下公式对拼合小波图s进行加密，得到加密图像y：

其中，为测量矩阵，和均为掩膜矩阵，α、β1、β2为混沌置乱加密参数。

可见，应用本发明实施例提供图像加密装置，可以确定载体图像以及待加密图像；对载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图；将第一离散小波图和第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图；使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像。本发明实施例中，即使混沌压缩感知加密算法中所用加密秘钥，以及混沌矩阵生成系统均被攻击者窃取，攻击者进行混沌压缩解密，并对解密得到的离散小波图进行反离散小波变换后，能够得到视觉上有意义的隐秘图像，从而降低了攻击者进一步破解加密图像的概率，则攻击者无法获取加密图像，提高了图像加密的安全性。

相应于本发明实施例提供的图像解密方法，本发明实施例提供了一种图像解密装置，参见图7，可以包括如下模块：

解密模块701，用于使用混沌压缩感知重构算法对待解密图像进行解密，得到拼合小波图。

分离模块702，用于分离拼合小波图，得到待解密离散小波图。

反变换模块703，用于对待解密离散小波图进行离散小波反变换，得到解密图像。

本发明实施例中，解密模块701，具体可以用于按照如下公式对待解密图像y′进行解密，得到拼合小波图s′：

其中，为测量矩阵，和均为掩膜矩阵，α、β1、β2为混沌置乱加密参数。

本发明实施例中，分离模块702，具体可以用于：

基于图像加密过程中拼合小波图的拼合规则，分离拼合小波图，得到待解密离散小波图。

本发明实施例中，在图7所示的图解密装置的基础上，还可以包括扩大模块，用于对待解密离散小波图中各个像素点的灰度值均扩大第二预设倍数。

可见，应用本发明实施例提供的图像解密装置，能够将采用本发明实施例提供的图像加密方法进行加密的图像解密出来，且能够有效防止攻击者的破解，安全性高。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图8所示，包括处理器801、通信接口802、存储器803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信，

存储器803，用于存放计算机程序；

处理器801，用于执行存储器803上所存放的程序时，实现如下步骤：

确定载体图像以及待加密图像；

对载体图像进行离散小波变换，得到第一离散小波图；对待加密图像进行离散小波变换，得到第二离散小波图；

将第一离散小波图和第二离散小波图进行拼合，得到拼合小波图；

使用混沌压缩感知算法对拼合小波图进行加密，得到加密图像。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。