[發明專利]基于對偶樹復小波變換的壓縮感知的生物特征圖像加密方法

有效

• 申請號: 201610031210.6
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105719224B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 趙梓汝;董吉文;李恒建;王磊;張琦
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 肖健

本發明是一種基于對偶樹復小波變換的壓縮感知的生物特征圖像加密方法，首先在加密過程中，采用對偶樹復小波變換將生物特征圖像轉換成系數矩陣；然后將系數矩陣與偽隨機高斯矩陣進行測量，得到測量值矩陣，置亂該測量值矩陣元素的位置；在解密過程中，輸入正確加密密鑰，對密文進行反Fibonacci置亂，采用正交匹配追蹤算法重構出系數矩陣；采用反對偶樹復小波變換，將系數矩陣進行變換，最終重構出生物特征圖像。本發明的有益效果是：本發明的密文圖像以一種較為均勻的噪聲的形式體現，根本無法從密文圖像中獲取與原文圖像中任何相關的信息。能夠很好地處理及恢復出細節信息，加密和解密的效果好，安全性高。

技術領域

本發明涉及一種結合壓縮感知的生物特征圖像加密方法，具體的說是一種基于對偶樹復小波變換的壓縮感知的生物特征圖像的加密方法。

背景技術

生物特征圖像不同于一般的數字圖像，生物特征圖像中隱藏著個人的隱私和生物身份信息。一旦被盜用，由于個人生物特征數目有限，不能更改和撤銷。和數字圖像一樣的地方，生物特征圖像具有占存儲空間大的特點，會影響傳輸效率，這也是它需要被壓縮的重要原因。因此結合加密和壓縮技術，不僅可以提高傳輸速率，減少存儲空間，而且保障了生物特征圖像的安全性。

傳統的加密方法以分組算法為主，如DES和AES，安全性基于計算復雜度，對圖像進行逐位的加密，速度慢，不能滿足如今這個高效社會的需求。現有的圖像加密的算法，主要是基于空間域和頻率域的置亂、擴散、異或操作。在傳統的結合圖像壓縮的加密方法中，通常是將加密過程和壓縮過程分開進行的，這樣的做法速度慢、計算量大，也無法滿足實時性的需求。聯合壓縮與加密的方法是指在壓縮過程中引入圖像加密，保證了高效性，增強了安全性。

目前，常見的圖像壓縮標準包括JPEG、JPEG2000，它們分別利用離散余弦變換(Discrete Cosine Transform,DCT)、離散小波變換(Discrete Wavelet Transform,DWT)將圖像從空間域變換到頻率域，這會導致圖像的壓縮過程是有損壓縮。壓縮感知的出現，打破了傳統的采樣理論，它利用更低的采樣率獲取信號樣本，從而無失真的重構出原信號。因此，越來越多的研究者們研究壓縮感知的過程，將圖像加密融入到壓縮感知的過程中，可以保障圖像安全性，節省計算時間，也提高了重構后圖像的質量。這種方法具有較高的安全性、穩定性及高效性，但是其采用常見的傅里葉變換，在變換過程中丟失了一部分的細節信息，使得重構后圖像質量較差。

常見的DWT變換，只具有水平、垂直、對角方向的選擇，其方向敏感性較弱。如果輸入的信號中存在很小的偏移，就會導致小波系數的能量分布發生很大的變化，因此DWT變換不具備平移不變性的特點。采用對偶樹復小波變換(Dual-tree Complex WaveletTransform,DT-CWT)克服這兩方面的缺點，這個變換以兩個平行的小波樹結構，并提供六個方向的選擇，多尺度的消除下采樣以保持近似的平移不變。通常在圖像去噪、圖像融合、圖像紋理提取和分類等領域應用廣泛，這些領域對圖像細節的處理、對圖像特征的定位和跟蹤要求較高。然而，生物特征圖像細節特征豐富，可以采用基于DT-CWT的壓縮感知，重構出的生物特征圖像細節保留較為完整，這些細節特征影響識別的性能。

發明內容

為解決以上技術上的不足，本發明提供了一種基于對偶樹復小波變換的壓縮感知的生物特征圖像加密方法，它加密和解密的效果好，安全性高。

本發明的一種基于對偶樹復小波變換的壓縮感知的生物特征圖像加密方法，包括以下步驟：

a.在加密過程中，采用對偶樹復小波變換將生物特征圖像轉換成系數矩陣；

b.將偽隨機高斯矩陣作為壓縮感知中的測量矩陣，將隨機種子作為種子密鑰，偽隨機高斯矩陣和種子密鑰生成測量矩陣；