[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

本發明公開了一種基于貓臉變換和混沌的圖像信息融合加密方法，主要解決現有利用混沌系統對圖像進行加密的技術的置亂不夠充分，且安全性相對較差的問題。其實現步驟為：1.對圖像進行廣義Arnold變換，得到初步置亂圖像；2.利用廣義三維Henon超混沌系統得到長寬分別為待加密圖像的四倍的混沌生成圖像矩陣；3.利用洛倫茲混沌得到用于置亂的二進制子串序列；4.利用二進制子串序列將初步置亂圖像插入到混沌生成圖像矩陣中，得到插入后圖像矩陣；5.利用圖像信息融合技術縮小插入后圖像矩陣，得到最終加密圖像。本發明置亂程度高、敏感性強，提高了圖像加密的安全性，可用于信息安全。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，特別涉及一種圖像加密方法，可用于信息安全。

背景技術

隨著計算機技術、網絡技術以及多媒體技術的迅猛發展，在成功解決因數字圖像數據量大而導致的存儲和傳輸瓶頸后，數字圖像已成為信息表達方式的主流。但數字圖像在傳輸過程中仍存在諸多安全隱患，圖像信息安全問題不僅關系到個人隱私和企業的商業機密，而且更重要的是關系到國家的安全，特別是軍事機密，因此圖像信息的安全備受重視。圖像加密技術是保護圖像安全最直接有效的手段，已成為信息加密技術的重要熱點課題，研究圖像加密具有重要的意義。

將數字圖像作為矩陣進行有限次的初等變換以達到使圖像像素點雜亂無章的效果，這是基于置亂的圖像加密技術的核心思想，如貓臉變換。貓臉變換可以看成是將矩陣裁剪和拼接的過程，但由于貓臉變換固有的動力系統特性，當運行到特定的次數之后圖像像素點又會恢復原來的排列，也即貓臉變換的周期性。廣義貓臉變換是貓臉變換的推廣，具有2個參數，但僅用這一種方法并不能使圖像的置亂程度達到較理想的狀態。

由于混沌系統對初始條件和控制參數極其敏感，還具有內隨機性，非周期性，遍歷性等特點，所以利用混沌進行圖像加密是一種有效加密方法。目前混沌加密技術的研究大多是基于一維和二維混沌系統的研究，雖然具有形式比較簡單，運行速度快等優點，但是基于低維混沌的加密算法密鑰空間小，導致安全性不高，有研究表明低維混沌系統保密性是不夠的。雖然有使用多維的混沌系統加密圖像，但基于這些系統的加密方法的安全性仍然還不夠高，而超混沌系統具有不少于兩個的李雅普諾夫指數，具有更大的密鑰空間、更好的隨機性，表現出更復雜的系統特征，用超混沌系統對數字圖像進行加密的效果比低維的混濁系統更好。廣義三維Henon混沌是超混沌系統，具有兩個李雅普諾夫指數。若用單一的混沌系統加密圖像，密鑰空間相對小，安全性能較低，且一些混沌系統的不安全性已經被證明，綜合更多的混沌系統有更大的密鑰空間，更高的安全性。

傳統的使用混沌對圖像加密方法主要是利用混沌序列進行置亂再結合異或運算進行加密。其存在的不足是：1.單用混沌序列對圖像中的像素置亂的不夠充分，沒有與廣義貓臉變換結合進行置亂的效果好，所以安全性不高；2.混沌生成序列長度的范圍僅僅局限于圖像長寬之和的長度或者是和圖像大小相等的長度，沒有對更多的混沌序列加以利用，安全性受到一定的限制；3.異或運算的操作過于簡單，相比于結合混沌序列和圖像信息融合技術進行加密的效果要差，故安全性相對較差。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種基于貓臉變換和混沌的圖像信息融合加密方法，以提高圖像加密的安全性。

本發明的技術方案是：首先對待加密圖像利用廣義貓臉變換進行初步置亂，然后將初步置亂的圖像插入由廣義三維Henon混沌系統生成的長寬為待加密圖像4倍的圖像，最后利用圖像信息融合技術縮小圖像，得到加密圖像。其實現步驟包括如下：

(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)；