[發明專利]基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密、解密方法

有效

• 申請號: 201611046541.3
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106600518B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 甘志華;韓道軍;朱長江;柴秀麗;路楊;符翔龍;鄭曉宇
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密方法，其特征在于：包含如下步驟：

步驟1.利用SHA 256哈希函數對大小為m×n的明文圖像P進行計算，得到圖像秘鑰key，并計算一維skew tent混沌映射和zigzag置亂的初始數值；

步驟2.利用離散小波變換對明文圖像P進行稀疏處理，得到系數矩陣P1；對系數矩陣P1按照zigzag路徑進行置亂，得到置亂后的矩陣P2；通過預設閾值TS，對矩陣P2進行修正，得到修正后的矩陣P3；

步驟3.利用一維skew tent混沌映射生成用于壓縮感知的測量矩陣Φ，并對矩陣P3進行測量，得到測量值矩陣P4，其中，明文圖像P的壓縮率表示為CR，測量矩陣Φ的尺寸為M×N，則M＝CR×m，N＝m，矩陣P4的尺寸為M×n；

步驟4.對矩陣P4的元素進行量化，得到矩陣P5，即為壓縮加密之后的密文圖像；

步驟5.選擇一個大小為m×n的視覺圖像作為載體圖像CI，并對它實施離散小波變換，得到四個矩陣：低頻部分分解系數LL、水平方向分解系數LH、垂直方向分解系數HL和對角線方向分解系數HH，把矩陣P5嵌入其中，再次進行離散小波反變換，得到最終的視覺有意義的密文圖像。

2.根據權利要求1所述的基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密方法，其特征在于：所述步驟1中計算一維skew tent混沌映射和zigzag置亂的初始數值，包含：將圖像秘鑰key換算為32個十進制數k₁，k₂，…，k₃₂，并計算一維skew tent混沌映射的參數和初始值，和zigzag置亂的初始位置坐標。

3.根據權利要求2所述的基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密方法，其特征在于：一維skew tent混沌映射表示為：

，

其中，r∈(0,1)是系統參數，z∈(0,1)是混沌系統的狀態變量；并按照公式：

來計算4個中間參數t_i，i＝1,2,3,4，其中，l_i是預先設定參數，分別代表參數x′₀，y′₀，r′，z′₀，計算得到的t₃和t₄分別代表一維skew tent混沌映射的參數r和初始值z₀；zigzag置亂的初始位置坐標x₀和y₀通過公式：

計算得到，其中，abs(x)表示求x的絕對值，mod為取模運算。

4.根據權利要求1所述的基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密方法，其特征在于：所述步驟2中對矩陣P2進行修正，具體包含：通過預設閾值TS，對P2中的元素進行修正，把小于等于TS的元素變為0。

5.根據權利要求1所述的基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密方法，其特征在于：步驟3中的利用一維skew tent混沌映射生成用于壓縮感知的測量矩陣Φ，包含如下內容：

步驟3.1、令其中，d代表采樣間隔，r,z₀為一維skew tent映射的參數和初始值，l代表采樣長度，n代表采樣起點，將步驟1計算得到的一維skew tent混沌映射的參數r和初始值z₀代入一維skew tent混沌映射中，生成混沌序列；

步驟3.2、按照公式對混沌序列的數值進行變換；

步驟3.3、把生成的按列進行排列，得到測量矩陣，尺寸為M×N，

公式中，用于歸一化處理。

6.根據權利要求5所述的基于壓縮感知的視覺安全和數據安全的圖像加密方法，其特征在于：所述步驟3.1中還包含如下內容：將混沌序列的前n-1個數值丟棄，從第n個數值開始，每間隔d個數，取出一個，獲取長度為MN的新的序列，作為新替換的混沌序列。