[发明专利]基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入和提取方法

权利要求书

1.一种基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、分别输入RGB格式的图像大小为 的原始彩色图像和图像大小为的彩色水印图像；

（2）、利用分数阶超混沌系统生成混沌序列，对彩色水印图像进行加密，得到RGB格式的加密图像；

（3）将加密图像嵌入原始彩色图像，得到嵌入彩色水印的彩色图像。

2.根据权利要求1所述的基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入方法，其特征在于：所述的步骤（2）中使用的分数阶混沌系统为分数阶超混沌Chen系统，

分数阶超混沌Chen系统：                     

分数阶次，系统参数，，，和为正的实数，利用分数阶Chen混沌系统对彩色水印图像进行加密的具体步骤如下：

21、给定分数阶次，系统参数、、、和，初始值、、和，利用分数阶超混沌Chen系统生成长度为的四个实值混沌序列、、和；

22、对序列、、和按以下式子进行处理：

，，，，

得到三个新的序列、和，并抛弃各序列的前个值，得到三个长度为的新的序列、和；

23、将序列、和分别放大倍并取整，即，，，

得到新的序列、和；

24、将序列、和中的数据按升序重新排列，并将原序列中各元素所在的位置序号取代重排序列中的对应元素，得到三个由位置序号组成的序列、和；

25、将序列、和中的每个元素分别对256取余，得到改进的序列、和，并进一步将这三个序列转换成三个大小为的矩阵、和；

26、分离彩色水印图像的R、G、B三基色分量得到三个大小为的矩阵、和；将三基色分量矩阵、和中的元素分别与矩阵、和中的元素逐个进行异或运算，即，，，其中，，最终得到加密图像。

3.根据权利要求1或2所述的基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入方法，其特征在于：所述的步骤（3）中彩色水印的加密图像嵌入原始彩色图像的具体步骤如下：                      

将RGB格式的加密图像转换成YIQ颜色空间的图像，并分离图像的Y、I、Q分量，分别表示为Wy、Wi和Wq；将RGB格式的原始彩色图像转换成YIQ颜色空间的图像，并分离图像的Y、I、Q分量，分别表示为Iy、Ii和Iq；

对图像的各分量进行次Haar小波变换，即

第1次：[LL11 HL11 LH11 HH11]=dwt2(Iy, ‘haar’)，[LL21 HL21 LH21 HH21]=dwt2(Ii, ‘haar’)，[LL31 HL31 LH31 HH31]=dwt2(Iq, ‘haar’)；

第2次：[LL12 HL12 LH12 HH12]=dwt2(LL11, ‘haar’)，[LL22 HL22 LH22 HH22]=dwt2(LL21, ‘haar’)，[LL32 HL32 LH32 HH32]=dwt2(LL31, ‘haar’)；

……

第次：[LL1n HL1n LH1n HH1n]=dwt2(LL1(n-1), ‘haar’)，[LL2n HL2n LH2n HH2n]=dwt2(LL2(n-1), ‘haar’)，[LL3n HL3n LH3n HH3n]=dwt2(LL3(n-1), ‘haar’)；

将得到的低频子带LL1n、LL2n和LL3n进行奇异值分解，即LL1n=A1×S1×(B1)^T，LL2n=C1×J1×(D1)^T，LL3n=E1×K1×(F1)^T；

将水印图像的分量Wy、Wi和Wq按照以下式子分别嵌入到奇异值S1、J1和K1中，从而得到新的奇异值Temp1、Temp2和Temp3

Temp1(i, j)=S1(i, j)+θ×Wy(i, j)，Temp2(i, j)=J1(i, j)+θ×Wi(i, j)，Temp3(i, j)=K1(i, j)+θ×Wq(i, j)，其中，θ为嵌入强度，，；

对Temp1、Temp2和Temp3分别再次进行奇异值分解，即Temp1=A2×S2×(B2)^T，Temp2=C2×J2×(D2)^T，Temp3=E2×K2×(F2)^T；利用奇异值S2、J2和K2进行奇异值反变换，即CW1=A1×S2×(B1)^T，CW2=C1×J2×(D1)^T，CW3=E1×K2×(F1)^T，得到新的低频分量CW1、CW2和CW3；

利用低频分量CW1、CW2和CW3进行次Haar小波逆变换，即

第1次：P1(n-1)=idwt2(CW1, HL1n, LH1n, HH1n, ‘haar’)，P2(n-1)=idwt2(CW2, HL2n, LH2n, HH2n, ‘haar’)，P3(n-1)=idwt2(CW3, HL3n, LH3n, HH3n, ‘haar’)；

第2次：P1(n-2)=idwt2(P1(n-1), HL1(n-1), LH1(n-1), HH1(n-1), ‘haar’)，P2(n-2)=idwt2(P2(n-1), HL2(n-1), LH2(n-1), HH2(n-1), ‘haar’)，P3(n-2)=idwt2(P3(n-1), HL3(n-1), LH3(n-1), HH3(n-1), ‘haar’)；

……

第次：wP1=idwt2(P11, HL11, LH11, HH11, ‘haar’)，wP2=idwt2(P21, HL21, LH21, HH21, ‘haar’)，wP3=idwt2(P31, HL31, LH31, HH31, ‘haar’)；

将wP1、wP2、wP3分别作为图像的Y、I、Q分量进行合并，得到含水印的图像；将YIQ格式的图像转换成RGB格式的图像，得到包含水印的彩色图像。

4.一种实现权利要求1中所述方法得到的彩色图像的水印提取方法，其特征在于：包括以下步骤：

ST1、将RGB格式的含水印图像转换成YIQ格式的图像，并分离图像的Y、I、Q分量，分别表示为Cy、Ci和Cq；

ST2、对图像的各分量进行次Haar小波变换，，变换方法与步骤32的方法相同，得到低频子带LL4n、LL5n和LL6n；

ST3、将得到的低频子带LL4n、LL5n和LL6n进行奇异值分解，分别得到奇异值S3、J3和K3；

ST4、利用奇异值S3、J3和K3，结合步骤35中的A2和B2、C2和D2、E2和F2，进行奇异值反变换，即SW1= A2×S3×(B2)^T，SW2=C2×J3×(D2)^T，SW3=E2×K3×(F2)^T，得到新的奇异值SW1、SW2和SW3；

ST5、利用SW1、SW2和SW3，结合步骤33中的奇异值S1、J1和K1，按照以下式子提取水印信息，从而得到加密水印图像的Y、I、Q分量WN1、WN2和WN3，WN1(i, j)=(SW1(i, j)-S1(i, j))/θ，WN2(i, j)= (SW2(i, j)-J1(i, j))/θ，WN3(i, j)= (SW3(i, j)-K1(i, j))/θ；

ST6、将WN1、WN2和WN3进行合并，得到YIQ格式的加密水印图像，将YIQ格式的图像转换成RGB格式的图像；

ST7、分离图像的R、G、B三基色分量得到三个大小为的矩阵、和；利用分数阶超混沌Chen系统，根据步骤21至25，生成解密矩阵、和；将三基色分量矩阵、和中的元素分别与矩阵、和中的元素逐个进行异或运算，即，，，其中，，最终得到解密水印图像。