[發明專利]基于貓臉變換和混沌的圖像信息融合加密方法

有效

• 申請號: 201611183426.0
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106709854B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 魏德運;董晟;鄧斌;李遠敏;姜湖月
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T5/40
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于貓臉變換和混沌的圖像信息融合加密方法，包括：

(1)輸入一幅N×N的灰度圖像F，獲得該灰度圖像的二維矩陣f(s,t)；

(2)選取廣義貓臉變換的變換矩陣的兩個參數a、b和迭代次數m，對灰度圖像的二維矩陣f(s,t)進行m次廣義貓臉變換，得到置亂后的圖像矩陣f₁(s,t)；

廣義貓臉變換公式為：其中稱為變換矩陣，a、b為變換矩陣的兩個不同的參數；x、y分別為變換前的橫坐標、縱坐標；x′、y′為廣義貓臉變換作用后的橫坐標、縱坐標；mod表示模運算；

(3)分別選取x_1,0＝0.81、y_1,0＝0.64、z_1,0＝0.53，作為廣義三維Henon超混沌系統的初始值，并將該初始值代入廣義三維Henon超混沌系統中進行迭代，得到三個廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}、{y_1,i}、{z_1,i}：

3a)輸入廣義三維Henon超混沌的三個初始值x_1,0、y_1,0、z_1,0，令k＝1；

3b)計算第一個廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}的第k個元素x_1,k，其中α＝1.4；

3c)計算第二個廣義三維Henon超混沌序列{y_1,i}的第k個元素y_1,k，其中β＝0.2；

3d)計算第三個廣義三維Henon超混沌序列{z_1,i}的第k個元素z_1,k，z_1,k＝βx_1,k-1；

3e)將k的數值增加1，判斷k與4N×4N的大小關系，如果k＜4N×4N，返回3b)；否則，跳出循環，終止計算，得到三個廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}、{y_1,i}、{z_1,i}，其中i＝1,2,...,4N×4N；

(4)將第一個廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}的值映射到0-255之間，再將該廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}按次序逐行排列成長為4N、寬為4N的混沌生成圖像矩陣f^*(s,t)；

所述將第一個廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}的值映射到0-255之間，其實現如下：4a)

用mapminmax函數將第一個廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}的值映射到[-1,1]之間，得到映射后的廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}；

4b)將映射后的廣義三維Henon超混沌序列{x_1,i}的第i個值乘以128，再加上128，最后進行取整操作，其中i＝1,2,...,4N×4N；

(5)分別選取x_2,0＝0、y_2,0＝2、z_2,0＝9作為洛倫茲混沌系統的初始值，將該初始值代入洛倫茲混沌系統中進行求解，得到三個初始的洛倫茲混沌序列{x_2,j}、{y_2,j}、{z_2,j}，j＝1,2,...,4000+N×N：

5a)輸入洛倫茲混沌的三個初始值x_2,0、y_2,0、z_2,0和輸入洛倫茲方程，并確定解區間

5b)采用ode45函數對洛倫茲方程進行求解，得到三個初始的洛倫茲混沌序列{x_2,j}、{y_2,j}、{z_2,j}；

(6)選取第一個初始的洛倫茲混沌序列{x_2,j}，舍去該洛倫茲混沌序列{x_2,j}的前4000個值，重新對其進行編號，得到洛倫茲混沌序列{x′_2,ω}，ω＝1,2,...,N×N；

(7)對洛倫茲混沌序列{x′_2,ω}的第ω個值x′_2,ω進行mod(round((x′_2,ω+0.5)×10⁷),256)操作，得到修改后的洛倫茲混沌序列{x″_2,ω}，其中ω＝1,2,...,N×N；

(8)將修改后的洛倫茲混沌序列{x″_2,ω}轉化成8位二值序列，并且截取第ω個元素x″_2,ω的第3～6位作為二進制串序列{B_ω}的第ω個元素B_ω的值，ω＝1,2,...,N×N；

(9)將混沌生成圖像矩陣f^*(s,t)分成N×N個4×4大小的矩陣塊，并將位于(x,y)處的矩陣塊記為A_(x,y)，則f^*(s,t)＝[A_(x,y)]_N×N；

(10)置亂后的圖像矩陣f₁(s,t)中位于(x,y)處的像素值f₁(x,y)插入到矩陣塊A_(x,y)中，得到插入后圖像矩陣

10a)將(8)中二進制串序列{B_ω}中第ω個元素B_ω等分為兩段二進制子串b_ω，1和b_ω，2，每段二進制子串包含兩個二進制數字，得到二進制子串序列{(b_ω,1,b_ω,2)}，ω＝1,2,...,N×N；

10b)將二進制子串b_ω,1和b_ω,2轉化成十進制整數；

10c)將置亂后的圖像f₁(s,t)的(x,y)處的像素值f₁(x,y)插入到混沌生成圖像矩陣f^*(s,t)中的矩陣塊A_(x,y)(b_(x-1)×N+y,1+1,b_(x-1)×N+y,2+1)處；

(11)對插入后圖像矩陣中每個矩陣塊A_(x,y)中的元素值進行求和，并將該和值除以256所得的余數作為最終加密圖g(s,t)在(x,y)處的像素值。