本发明涉及图像隐私保护领域，特别涉及图像三级保护方法。
背景技术：
1、近年来，随着计算机技术和网络通信技术的发展，人与人之间的通信方式发生了巨大的变化。多媒体通信逐渐成为人们交换信息的重要手段。然而，网络的开放性和共享性，日益威胁着图像传输的安全性和保密性。一般的图像文件具有相邻像素之间高相关性和冗余性的特点，这使得传统的加密方法(如des，idea等)不再适用。
2、dna加密技术主要是基于脱氧核苷酸(dna)编码的图像加密技术，是生物学中dna概念运用到加密领域的一种新的技术。自1994年adleman首先进行了有关dna计算的有关实验后，dna计算就被广泛的运用于各个领域。研究表明，dna计算具有巨大的存储空间、超低的计算功耗，可以大规模并行的特征。当前，基于dna密码学的技术被广泛的运用在图像加密的研究当中。因此，将dna加密应用于原始明文图像加密技术中，是一项行之有效的技术手段。
技术实现思路
1、针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种图像三级保护方法，具体通过以下技术实现。
2、一种图像三级保护方法，包括以下处理步骤：
3、对所述原始明文图像矩阵进行冗余离散小波变换处理得到对角细节分量矩阵、垂直细节分量矩阵、水平细节分量矩阵和近似分量矩阵；对所述水平细节分量矩阵进行变换处理，嵌入水印图像，再与所述对角细节分量矩阵、垂直细节分量矩阵和近似分量矩阵进行组合、处理得到符号矩阵；
4、利用符号矩阵和超混沌系统得到初步加密的符号矩阵；利用所述超混沌系统构造得到与所述符号矩阵大小相同的随机数矩阵；利用所述超混沌系统运算得到随机整数矩阵；对所述随机整数矩阵进行dna编码，得到第一dna系列；
5、将所述随机数矩阵和初步加密的符号矩阵进行异或运算，得到密文符号矩阵；对所述近似分量矩阵的整数部分进行dna编码，得到第二dna系列，将所述第二dna系列和所述第一dna系列进行dna运算，得到第三dna系列(即加密的近似分量dna矩阵)；对所述第三dna系列进行dna解码和小数化处理(例如，可以除以10000)，得到近似分量的密文系数矩阵；
6、在加密图像矩阵i1中嵌入数字指纹，得到嵌入用户的数字指纹后的空间域图像，对嵌入用户的数字指纹后的空间域图像进行生命博弈处理，完成原始明文图像的保护。
7、进一步地，得到近似分量的整系数矩阵和符号矩阵的具体方法为：
8、p1、输入m×n大小的原始明文图像矩阵i0，其中m和n分别为所述原始明文图像矩阵i0的行数和列数；
9、p2、对所述原始明文图像矩阵i0进行冗余离散小波变换(rdwt)，分别得到所述原始明文图像矩阵i0的对角细节分量矩阵(即cd1)、垂直细节分量矩阵(即cv1)、水平细节分量矩阵(即ch1)和近似分量矩阵(即ca1)；
10、p3、对所述水平细节分量矩阵ch1进行海森伯格分解(hd分解)，再进行随机奇异值分解(rsvd)得到矩阵u、s和v，把水印图像嵌入到矩阵s中；
11、p4、将嵌入水印的水平细节分量矩阵与其他矩阵(即对角细节分量矩阵cd1、垂直细节分量矩阵cv1和近似分量矩阵ca1)进行组合，得到小波系数矩阵；再利用矩阵sign存取近似分量矩阵ca1中数据的符号位，得到符号矩阵。
12、将近似分量矩阵ca1中数据乘以10000，使得相应的系数变成整数，得到近似分量的整系数矩阵。
13、更进一步地，对水平细节分量矩阵进行海森伯格变换后得到分量rp和rq，对rq进行随机奇异值分解分解，得到矩阵u、s和v；把水印图像采用如下公式嵌入到所述矩阵s中：
14、w_sq＝s+sf×watermark；
15、wat_sq＝u×w_sq×vt；
16、w_rch＝rp×wat_sq×rpt；
17、其中，sf为缩放因子，watermark为水印矩阵，vt为矩阵v的转置，rpt为rp的转置；w_rch为嵌入水印后的水平细节分量矩阵。
18、本发明提供的所述超混沌系统x＝(x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8)的演绎状态由如下公式表示：
19、
20、其中(ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7)为该系统的控制参数。当所述初始参数x(0)＝(1，1，1，1，0，0，0，0)，以及(ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7)＝(10，76，3，0.2，0.1，0.1，0.2)时，该超混沌系统进入混沌状态。进一步地，给定初始参数和控制参数，利用超混沌系统产生8个混沌系列；随机选取1个混沌系列对所述符号矩阵进行生命博弈处理，得到初步加密的符号矩阵；
21、另外随机选取1个混沌系列构造得到与所述符号矩阵大小相同的，由数字0和1组成的随机数矩阵；
22、再另外选取1个混沌系列(例如x3)构造(例如，对矩阵中的小数乘以相应的倍数得到相应整数)处理形成随机整数矩阵，再进行dna编码，得到第一dna系列。
23、进一步地，将所述第二dna系列和所述第一dna系列进行运算得到第三dna系列的方法为：
24、把近似分量矩阵的整数部分转换为二进制系列，然后对每个系数值进行dna编码，把所有像素系列变为一维dna系列sdna，即第二dna系列；
25、利用所述超混沌系统产生的任意1个混沌系列，随机提取混沌系列中的m×n个数，组成一维向量fp系列，fp＝{fp1，fp2，...，fpm×n}；对所述fp系列中的每个数值fpi取整后然后除以4求余得到cpi，则所述系列fp转成cp系列，，即第一dna系列，cp＝{cp1，cp2，...，cpm×n}，让所述cp系列中的元素和所述sdna中的元素一一对应；
26、对xi∈sdna，执行如下的dna异或操作，得到ccp系列；所述ccp系列中的每个元素的值为对所述sdna中元素与所述cp系列中对应的元素进行dna异或操作的次数；
27、
28、
29、嵌入数字指纹的方法为：
30、对用户的数字指纹编码依次进行扩频调制、整体置乱，生成与原始明文图像矩阵的冗余离散小波域大小相同的变换域指纹嵌入模板；再逆变换得到空间域指纹嵌入模板；
31、确认掩蔽系数，将所述掩蔽系数乘以所述空间域指纹嵌入模板，再与所述加密图像i1进行空间加密域叠加，完成数字指纹的嵌入。
32、具体地，
33、嵌入数字指纹的方法具体为：
34、对用户的数字指纹编码ffkm进行扩频调制；k∈{1,2,…,l}，l为码长，m∈{1,2,…,nu}；nu为用户数；
35、然后利用超混沌系统产生的随机1个混沌系列对用户的数字指纹编码ffkm进行置乱，生成与原始明文图像的冗余离散小波域一样大小的变换域指纹嵌入模板；
36、从原始明文图像矩阵的冗余离散小波域中选择几何不变域的系数并确认该系数的相应的位置；再进一步确定在加密图像矩阵中的位置，得到所述加密图像矩阵的几何不变域；
37、确定掩蔽系数，创造大小与加密图像矩阵i1相同的空的指纹模板；将置乱后的数字指纹对应的数字依次放置在变换域指纹嵌入模板的几何不变域中，在上述确定的位置嵌入置乱后的数字指纹编码，并且往变换域指纹嵌入模板中剩余的空位置中填充超混沌系统产生的任意1个混沌系列(例如x6)，得到变换域指纹嵌入模板；
38、对所述变换域指纹嵌入模板进行可逆的冗余离散小波变换，得到空间域指纹嵌入模板fm；
39、使用下列扩频嵌入的方式，把所述空间域指纹嵌入模板fm嵌入到加密图像i1中；
40、ym＝i1+αfm
41、其中，α为指纹能量的嵌入强度，即指纹掩蔽系数；m∈{1,2,…,nu}；nu为用户数，fm为包含指纹码以及随机数的空间域指纹嵌入模板，ym为嵌入用户m的数字指纹后的空间域图像。
42、更具体地，利用所述超混沌系统产生的随机1个混沌系列对用户的数字指纹进行置乱，生成与原始明文图像矩阵i0的冗余离散小波域一样大小的变换域指纹嵌入模板；
43、所述变换域指纹嵌入模板的位置填充方法具体为：确定所述原始明文图像矩阵的冗余离散小波域中几何不变域的系数在所述加密图像矩阵中的位置；将置乱后的数字指纹填入到变换域指纹嵌入模板中的几何不变域，在剩下的空位置填入超混沌系统产生的一个随机混沌系列中的随机数。
44、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
45、(1)本方法通过对原始明文图像先后进行小波域选择加密、嵌入水印、嵌入数字指纹和空间域加密处理；能有效去除不同原始明文图像各自独特统计特征信息，使对应的加密图像几乎看不出彼此统计特征差异性；具有相邻像素高相关性的原始明文图像，在密文图像中的像素相关性明显降低；
46、(2)相对于目前绝大多数单纯小波域选择加密和单纯空间域加密而言，可以同时实现往图像中嵌入版权水印信息和数字指纹信息，加密强度更高，更难被攻击者攻破该加密技术；既可以保证通信阶段的安全，而且还可以保证解密后对图像进行版权验证和非法再次分发行为进行追踪。而纯空间域在数字图像处理领域不太适宜水印和数字指纹的嵌入；
47、(3)从多途径保护图像版权所有者的合法权益，显著提升了原始明文图像加密传输的安全稳定性，提升了加密图像破解难度；庞大的秘钥空间足够抵御穷举攻击，提升了加密图像破解难度；显著提升了原始明文图像加密传输的安全性。
1.一种图像三级保护方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
2.根据权利要求1所述的图像三级保护方法，其特征在于，得到符号矩阵、的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的图像三级保护方法，其特征在于，对水平细节分量矩阵进行海森伯格变换后得到分量rp和rq，对rq进行随机奇异值分解分解，得到矩阵u、s和v；把水印图像采用如下公式嵌入到矩阵s中：
4.根据权利要求1所述的图像三级保护方法，其特征在于，给定初始参数和控制参数，利用超混沌系统产生8个混沌系列；随机选取1个混沌系列对所述符号矩阵进行生命博弈处理，得到初步加密的符号矩阵；
5.根据权利要求1所述的图像三级保护方法，其特征在于，将所述第二dna系列和所述第一dna系列进行运算得到第三dna系列的方法为：
6.根据权利要求1所述的图像三级保护方法，其特征在于，嵌入数字指纹的方法为：
7.根据权利要求6所述的图像三级保护方法，其特征在于，嵌入数字指纹的方法具体为：
