[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

本發明公開了一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，該方法對于圖像I中的元素劃分為兩個像素集合，分別用基于像素級別的加密方法和像素集合級別的加密方法對其中的像素進行加密，得到CI；對CI進行塊內的像素置亂即可得到EI。而后對加密圖像進行分塊，得到兩個加密塊的集合；接著計算兩個加密塊集合的每每兩塊之間的相似性；然后計算第一張加密圖像中的塊與第二張加密圖像的相似性；最后計算兩張加密圖像的相似性。本發明解決圖像安全性和加密后進行圖像檢索這個兩難性的問題，在保護圖像安全的同時保證了在加密圖像上檢索的精度。

技術領域

本發明涉及圖像處理的技術領域，尤其是指一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法。

背景技術

隨著云計算的發展，人們越來越熱衷于將圖像上傳到云設備，以實現存取的靈活性和硬件成本的節約。盡管有著上述的好處，云計算還存在著很多的問題，其中令人們最為擔憂的是圖像隱私問題的泄露。保護圖像隱私最好的方法是圖像加密。因此，用戶需要先對圖像加密之后才將加密好的圖像上傳到云設備。現有的圖像加密算法包括混沌加密、基于變換域的圖像加密、基于元胞自動機或DNA編碼的圖像加密等。正因為這些圖像加密算法完全隱藏了原始圖像的信息，它們可以很好地保護圖像的隱私。圖像加密這一特性同時也阻礙了在圖像上進行處理運算的實施，例如圖像相似性檢索。由于圖像相似性檢索是圖像處理中最重要和最普遍的任務之一，因此我們迫切需要開發一種支持加密域上能夠實施相似性搜索的圖像加密算法。

一些研究人員提出了基于可搜索對稱加密的方法來實現圖像的隱私保護相似性檢索方法。這些方案首先直接從原始圖像中提取特征，然后分別加密這些特征和圖像。但是，特征提取/加密會增大用戶的運算量。此外，加密特征的安全性和加密特征的相似性搜索這兩方面的問題還有待進一步解決。因此，我們有必要提出一種可以直接對加密圖像進行相似性搜索的圖像加密，這種加密方法可以將特征的提取交付給云服務器進行。

基于同態加密的圖像加密是支持加密圖像上進行相似性檢索的最重要方式之一。因此，有一些研究人員使用同態加密來加密圖像，并從加密圖像中提取安全的特征。盡管基于同態加密的加密圖像檢索可以獲得更高的安全性，但是巨大的計算量和通信成本使得它們在實際應用當中難堪大任。

支持加密域上進行相似性檢索的圖像加密方法首先需要從加密圖像中提取特征。這就需要我們權衡安全和檢索的實用性兩個有沖突的目標：是為了完整地保留圖像特征來提高圖像檢索的精度，還是犧牲圖像檢索的精度來保證圖像安全。現有的圖像加密方法很難明確地解決上述困境。本發明基于可逆元胞自動機提出了兩級粒度圖像加密方法，很好地解決了這一難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，解決圖像安全性和加密后進行圖像檢索這個兩難性的問題，在保護圖像安全的同時保證了在加密圖像上檢索的精度。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種可逆元胞自動機圖像加密的相似性度量方法，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；