[發(fā)明專利]一種基于3D隨機(jī)Prim迷宮的數(shù)字置亂方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410745861.2
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104376527B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵利平
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發(fā)明提供一種基于3D隨機(jī)Prim迷宮的數(shù)字置亂方法，預(yù)先對隨機(jī)Prim迷宮生成區(qū)域進(jìn)行人為限定，從而可用于人為指定的任意3D封閉連通區(qū)域，同時按迷宮節(jié)點(diǎn)更新順序?qū)γ詫m設(shè)定區(qū)域的每個節(jié)點(diǎn)賦予唯一的編號，由此產(chǎn)生迷宮設(shè)定區(qū)域所有節(jié)點(diǎn)的排列，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了基于3D隨機(jī)Prim迷宮的節(jié)點(diǎn)更新序列和節(jié)點(diǎn)更新序列復(fù)合的置亂方法，從而可將所有節(jié)點(diǎn)置亂。本發(fā)明所給出的置亂方法具有普適性和靈活性，在使用過程中不存在任何限制，不僅能應(yīng)用于傳統(tǒng)置亂方法所針對的規(guī)則區(qū)域，例如正方形和矩形區(qū)域，也可用于任意選定的3D封閉連通不規(guī)則區(qū)域置亂。本發(fā)明也給出了用于圖像位面立方體，RGB立方體和RGB通道立方體的圖像置亂方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及信息安全和數(shù)字信號處理等交叉研究領(lǐng)域，具體為基于隨機(jī)Prim迷宮生成策略的數(shù)字置亂方法，特別涉及一種基于3D隨機(jī)Prim迷宮的數(shù)字置亂方法。

背景技術(shù)

近年來，伴隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的圖像在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，在給用戶提供方便的同時，也帶來了一系列的安全隱患。對圖像的不當(dāng)使用和惡意篡改，不僅涉及個人隱私，也會給社會帶來嚴(yán)重負(fù)面影響。保障圖像的核心技術(shù)是數(shù)字圖像加密。

在數(shù)字圖像加密領(lǐng)域，研究最為廣泛和靈活的一類圖像加密方法，就是在同一空間內(nèi)，對圖像的重編碼技術(shù)，即圖像置亂技術(shù)。

隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像置亂技術(shù)已成為數(shù)字安全傳輸和保密的主要手段。其基本思路就是把一幅圖像經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)變換，轉(zhuǎn)變成面目全非的另一幅圖像，以起到對圖像的安全保密作用。

數(shù)字圖像置亂也是目前隱密術(shù)、數(shù)字水印、信息分存和可視密碼技術(shù)中，一項關(guān)鍵預(yù)處理技術(shù)。已受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍重視，并取得豐碩的研究成果。

數(shù)字圖像置亂最初來源于有線電視信號加密，早期的置亂在位置空間進(jìn)行，用于對圖像像素位置打亂，這些置亂方法包括行倒置置亂、行平移置亂、行置換置亂、行循環(huán)置亂、行分量切割置亂等。隨著置亂技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已提出的置亂方法多種多樣，既可用于位置置換，也可用于灰度替代。

當(dāng)前已提出的置亂方法主要有：基于離散元素序列的置亂方法、基于掃描路線的置亂方法、基于遍歷矩陣的置亂方法、基于迭代函數(shù)系統(tǒng)的置亂方法、基于離散混沌映射的置亂方法、基于中國拼圖的置亂方法和基于矩陣變換的置亂方法等。

目前盡管已提出了多種置亂方法，但傳統(tǒng)置亂方法大多只能用于規(guī)則區(qū)域置亂，例如正方形和長方形區(qū)域，而不能對圖像選定的任意不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行置亂。

例如基于Fibonacci序列和Lucas序列的置亂方法將置亂圖像的寬、高拘泥為Fibonacci序列和Lucas序列元素；基于SCAN語言和Hilbert曲線的置亂方法將置換圖像的大小約束為2ⁿ×2ⁿ的正方形圖像；由于并非所有圖像都存在騎士巡游路徑，由此導(dǎo)致了基于騎士巡游的置亂方法只能用于圖像寬、高在特定尺度上的圖像；對于奇數(shù)階幻方，其置亂圖像邊長為奇數(shù)，對于雙偶階幻方，其置亂圖像邊長為4的整數(shù)倍；由于任意階的拉丁方并非都存在，基于拉丁方的置亂方法只能用于置亂圖像邊長為特定尺度的圖像，例如邊長為pⁿ且p為素數(shù)的圖像；對于離散Kolmogorov Flows Map和亞仿射變換，只能用于置亂正方形圖像；傳統(tǒng)的基于矩陣的圖像置亂方法，其基本表示形式為X^[i]＝(AX^[i-1])mod N，但由于只有一個尺度參數(shù)N，由此決定了基于矩陣的圖像置亂方法只能用于置亂特定尺度的圖像，例如正方形圖像或?qū)匦螆D像的灰度進(jìn)行置亂。