[發明專利]一種基于Henon映射的圖像置亂及恢復方法

有效

• 申請號: 201410172772.3
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103971320B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 平萍;毛鶯池;呂鑫;許峰;王志堅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種基于Henon映射的圖像置亂及恢復方法，屬于信息安全領域中的圖像保密技術。

背景技術

數字圖像置亂是指將圖像攪亂，消除位置或灰度相關性，從而使人類或計算機系統無法理解原始圖像所表達的真實含義。數字圖像的置亂技術，可以看做數字圖像加密的一種途徑，也可以用作數字圖像隱藏、數字水印圖像植入和數字圖像秘密共享的預處理和后處理過程。

常見的圖像置亂方法有Arnold變換、Fibonacci-Q變換、幻方變換、騎士巡游變換、Hilbert曲線、Conway游戲、混沌排序方法等。其中，以Arnold變換、Fibonacci-Q變換和幻方變換為代表的圖像置亂算法在圖像加密、信息隱藏和數字水印領域中應用最為廣泛，它們具有變換陣構造簡單、置亂實現容易等特點，且能抵御剪切、添加噪聲等常規圖像攻擊。但缺點是需要進行多次重復置亂，才能達到滿意的置亂效果，并且利用周期性來恢復圖像耗時過長，不利于圖像置亂后的快速恢復。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于Henon映射的圖像置亂及恢復方法，該方法只需要較少的置亂次數就能獲得滿意的置亂效果，并且利用Henon映射的逆變換對圖像進行恢復較為簡捷，減少了計算量、提高了置亂效率。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種基于Henon映射的圖像置亂及恢復方法，實現了圖像的快速置亂，同時從置亂狀態逆向迭代相同的步數便能很快恢復出原圖像。

首先，本發明提供一種基于Henon映射的圖像置亂方法，具體實施步驟如下：

步驟1，確定原始圖像是否為正方形圖像，如果不是正方形圖像，則將該原始圖像擴展為正方形圖像，將擴展后的圖像作為原始圖像，記為P，其大小為N×N個像素；其中，N為正整數；

步驟2，設定圖像置亂次數L以及Henon映射的參數a、b的值，Henon映射的表達式如下：

其中，L的取值范圍是2～10之間的整數；a的取值范圍是1～2¹²⁸之間的整數，并且排除其中是N的倍數的數；b的取值范圍是0～2¹²⁸之間的整數；(x,y)是原始圖像P中的點坐標，且x,y∈{0,1,2,...,N-1}；(x',y')是(x,y)經過Henon映射變換后的點坐標，即密文圖像中的點坐標，且x',y'∈{0,1,2,...,N-1}；

步驟3，利用步驟2中的Henon映射對原始圖像P進行置亂，置亂1次的方法如下：

將原始圖像P中點(x,y)處像素對應的灰度值或RGB顏色值移動到Henon映射變換后的點(x',y')處，從而得到一幅置亂一次后的圖像；

步驟4，將置亂1次后的圖像作為原始圖像重復執行步驟3，直到置亂次數達到預先設定的L，從而得到置亂L次后的密文圖像。

其次，本發明提供一種對采用一種基于Henon映射的圖像置亂方法進行置亂后的圖像進行恢復方法，具體實施步驟如下：

步驟1，由公式(3)推導出Henon映射的逆變換的表達式如下：

其中，Henon映射的逆變換的參數a、b、N的設置與圖像置亂中相應參數一致；圖像逆置亂次數的設置與圖像置亂次數L相同；

步驟2，利用步驟1中Henon映射的逆變換對置亂L次后的密文圖像進行圖像恢復即逆置亂，逆置亂1次的方法如下：

將密文圖像中點(x',y')處像素對應的灰度值或RGB顏色值移動到Henon映射逆變換后的點(x,y)處，從而得到一幅逆置亂1次后的圖像；

步驟3，將逆置亂1次后的圖像作為密文圖像重復執行步驟2，直到逆置亂次數達到預先設定的值，從而得到恢復的原始圖像。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，原始圖像通過Henon映射最少迭代2次就能達到滿意的置亂程度，實現了圖像的快速置亂，同時從置亂狀態逆向迭代相同的步數便能很快恢復出原圖像。此外，本方法抗攻擊能力強，能抵抗一定的剪切、噪聲的攻擊，且恢復圖像的可讀性不受影響。

附圖說明

圖1是本發明的流程框圖。

圖2是原始圖像。

圖3是置亂后的密文圖像，其中，(a)為置亂一次后的密文圖像；(b)為置亂兩次后的密文圖像；(c)為置亂三次后的密文圖像。

圖4是添加椒鹽噪聲后的密文圖像的恢復結果，其中，(a)為添加椒鹽噪聲后的密文圖像；(b)為圖像恢復結果。