[發明專利]基于元胞自動機和分塊壓縮感知的圖像加密方法

有效

• 申請號: 201710546446.8
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107481180B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 柴秀麗;符翔龍;魏丹;甘志華;路楊;張繼通
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T9/00
• 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

1.一種基于元胞自動機和分塊壓縮感知的圖像加密方法，其特征在于，包含如下內容：明文圖像通過SHA256函數獲取變參數混沌系統的初始狀態值和參數；通過單層小波分解將明文圖像分解為三個高頻分量矩陣和一個低頻分量矩陣，對四個分量矩陣分別采用初等元胞自動機進行置亂；將變參數混沌系統的初始狀態值和參數帶入變參數混沌系統獲取測量矩陣，利用測量矩陣對置亂后的四個矩陣進行壓縮感知，得到四個壓縮后的矩陣；對壓縮后的矩陣進行重組，將重組后的矩陣進行置亂操作，得到密文圖像；具體實現步驟如下：

步驟1、利用SHA256函數對大小為M×N的明文圖像P進行計算，得到一組256位的哈希值，作為圖像密鑰Key，圖像密鑰Key換算為32個十進制數k₁，k₂，…，k₃₂，并計算變參數混沌系統的初始狀態值x₀，y₀和參數u，其中，M＝N＝2^t，t為正整數；

步驟2、將明文圖像P進行單層小波分解，得到大小為(M/2)×(N/2)的4個小波子帶系數矩陣cA，cH，cV和cD，其中，cA表示低頻分量矩陣，cH、cV和cD表示高頻分量矩陣；

步驟3、用離散小波變換DWT對低頻分量cA進行稀疏化處理，得到大小為(M/2)×(N/2)的低頻稀疏系數矩陣cA1；

步驟4、將步驟1中得到的變參數混沌系統的初始狀態值和參數帶入變參數混沌系統進行迭代，得到混沌序列Y，通過混沌序列Y構建壓縮感知過程中需要的大小不同的測量矩陣Ф1和Ф2，其中，Ф1大小為M₁×(M/2)，Ф2大小為M₂×(M/2)，M₁＝(M/2)×LCR，M₂＝(M/2)×HCR，LCR代表低頻分量矩陣cA的壓縮率，HCR代表高頻分量矩陣cH，cV和cD的壓縮率；

步驟5、將明文圖像P的每個像素按位展開，得到八個大小為M×N的位平面，選取其中的兩個位平面矩陣C和D，將矩陣C的第一列的前M/2個數作為元胞自動機的初始行構型將矩陣D的第一行的前N/2個二進制數作為元胞自動機的初始列構型

步驟6、對元胞自動機的初始行構型和初始列構型按照設定演變規則演變l次，得到每次演變的行構型和列構型其中，l為演變的總輪數；

步驟7、初始化設定k＝1；

步驟8、根據步驟6中得到的第k-1次演變的行構型和第k次演變的行構型對四個矩陣cA1_k-1，cH_k-1，cV_k-1，cD_k-1分別進行行循環置亂操作，然后根據步驟6中得到的第k-1次演變的列構型和第k次演變的列構型對行置亂后的四個矩陣再分別進行列循環置亂操作；在置亂操作中，將行構型和列構型分別作為矩陣cA1_k，cH_k，cV_k，cD_k的行狀態和列狀態，其中，和分別表示元胞自動機第k次演變后得到的構型，cA1_k，cH_k，cV_k，cD_k分別表示cA1，cH，cV，cD的第k輪置亂后的矩陣，cA1₀，cH₀，cV₀，cD₀分別等于矩陣cA1，cH，cV，cD；令k＝k+1；

步驟9、返回步驟8進行迭代，直至k＝l+1，完成置亂過程，得到大小為(M/2)×(N/2)的四個矩陣cA2，cH1，cV1和cD1；

步驟10、對步驟9中得到的四個矩陣進行壓縮感知，得到大小為M₁×(N/2)的矩陣cA3，大小為M₂×(N/2)的矩陣cH2，cV2和cD2；

步驟11、對步驟10中得到的四個矩陣進行重組，將重組后的矩陣轉置，得到大小為(N/2)×(3M₂+M₁)的圖像P1；

步驟12、對步驟11中得到的圖像P1進行置亂操作，得到大小為(N/2)×(3M₂+M₁)的密文圖像C。