[發明專利]一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法

有效

• 申請號: 201910056521.1
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109922227B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 沃焱;蘇映日;韓國強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04N1/44;H04L9/00;G06F21/60;G06T5/40
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將圖像I中的像素劃分為兩個像素集合級別的粒度Ω1和Ω2；

2)對于Ω1中的每一個像素，根據基于可逆元胞自動機的確定性加密方法DERCA，利用基于像素的加密方法對其進行加密，經過對Ω1中的像素進行加密之后獲得加密的像素集合Ω1^E；

3)根據基于可逆元胞自動機的確定性加密方法DERCA，利用基于像素集合的加密方法對像素集合Ω2進行加密，獲得加密的像素集合Ω2^E；

4)將Ω1^E和Ω2^E中的像素放回相應的位置，得到圖像CI；

5)對圖像CI按照塊的大小H×H進行分塊，得到塊集合{B_i}，其中B_i表示圖像CI中的第i塊；塊B_i置亂之后用EB_i表示，對圖像CI的每塊中的像素進行位置的置亂，得到圖像EI；

6)對于灰色圖像，EI為最后的加密圖像；對于彩色圖像，每個顏色通道需要按照步驟1)到步驟5)進行加密后，再連接起來，得到加密彩色圖像EI；

7)對兩張加密圖像EI₁和EI₂按照步驟5)中的分塊方式進行分塊，得到加密的塊集合{EB_i1}和{EB_i2}；

8)計算集合{EB_i1}中每一塊與集合{EB_i2}中每一塊的相似性，EB_i1與EB_i2的相似性定義如下：

式中，和分別表示塊EB_i1與EB_i2在第k個顏色通道上像素值為v的像素的頻數；如果利用累積直返圖進行計算圖像的相似性，和則分別表示塊EB_i1與EB_i2在第k個顏色通道上像素值不大于v的像素的頻數；若加密圖像為灰度圖像，n為1；若加密圖像為彩色圖像，n為3；

9)利用步驟8)得到的每兩塊之間的相似性，計算集合{EB_i1}中的每一塊與加密圖像EI₂之間的相似性，其計算公式如下：

10)利用步驟9)得到的集合{EB_i1}中的每一塊與加密圖像EI₂之間的相似性，計算兩張加密圖像EI₁和EI₂的相似性，兩張加密圖像EI₁和EI₂的相似性的計算公式如下：

式中，N_B為集合{EB_i1}中大小為H×H的塊的數目。

2.根據權利要求1所述的一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，其特征在于：在步驟2)中，集合Ω1中的每一個像素作為DERCA方法的輸入明文進行加密，得到加密后的集合Ω1^E，其中，所述DERCA方法包括以下步驟：

2.1)輸入明文Q，設定可逆元胞自動機的兩個初始狀態C⁰＝Q、C¹＝Q；

2.2)對Q按照可逆元胞自動機加密規則F迭代到t時刻，得到最終狀態C^t+1，C^t+1的獲取公式如下所示：

C^t+1＝F(C^t，C^t-1)

式中，C^t為可逆元胞自動機在t時刻的狀態，C^t-1為可逆元胞自動機在t-1時刻的狀態；

2.3)將可逆元胞自動機的最終狀態定位為明文加密的結果Q^E進行輸出。

3.根據權利要求1所述的一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，其特征在于：在步驟3)中，將集合Ω2中的所有像素視為一個整體，作為DERCA方法的輸入明文進行加密，得到加密后的集合Ω2^E。

4.根據權利要求1所述的一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，其特征在于：在步驟5)中，對經過像素加密的圖像進行像素位置的置亂之前先將此圖像進行分塊；接著利用混沌函數產生一個混沌序列X，對此混沌序列進行排序得到索引序列Idx；然后根據此索引序列Idx對每一塊內像素的位置進行置亂；在經過像素加密的圖像中的每一塊經過置亂之后即可得到加密圖像；塊B_i與塊EB_i內的像素的關系如下式所示：

EB_i(τ):＝B_i(Idx(τ))

式中，τ為像素按列優先排列的位置。