[發明專利]基于楊顧混合振幅-相位恢復過程的圖像加密算法

在審

• 申請號: 201910702092.0
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110493204A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 隋連升;鄭一瑤;王戰敏;劉本慶
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/00;H04N1/56;G06F21/60
• 代理公司: 61214 西安弘理專利事務所
• 代理人: 杜娟<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.基于楊顧混合振幅-相位恢復過程的圖像加密算法，其特征在于，首先將彩色圖像分解為三個顏色分量；再采用混沌序列對所述三個顏色分量分別進行空間上的置亂；最后采用楊顧迭代算法對置亂后的顏色分量加密并生成密文圖像。

2.根據權利要求1所述的基于楊顧混合振幅-相位恢復過程的圖像加密算法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1，分解和調制

選取適宜彩色圖像，將彩色圖像分解為R、G、B三個顏色分量，采用混沌序列將三個所述顏色分量分別進行混沌置亂；

步驟2，楊顧迭代階段

步驟2.1，假設圖像尺寸為M×N，給定初始值x₁和任意k值，利用混沌映射函數生成長度為M×N+K的混沌序列X，即X＝{x₁,x₂,...,x_M×N+K},x_i∈(0,1)，所述混沌映射函數具體表述如下：

x_n+1＝p·x_n·(1-x_n) (1)，

式(1)中，p表示在區間[0,4]上的分岔參數；

從x₀開始算起，舍去所述混沌序列X中的前k個值，得到混沌序列X'，將所述混沌序列X'轉換為二維矩陣X”；

步驟2.2，將所述二維矩陣X”代入公式計算得到混沌隨機相位模板，所述公式具體表述如下：

P(u,v)＝exp(iπX”') (2)，

式(2)中，P(u,v)表示混沌隨機相位模板，i表示虛數單位；

步驟2.3，采用楊顧混合振幅-相位迭代分別將置亂后的三個顏色分量對應加密為實值函數；

步驟2.4，采用單向的二值相位調制即exp[iπb(u,v)]對三個所述實值函數進行調整，得到加密結果；

步驟3，圖像加密

將所述加密結果組合為彩色圖像，即為密文圖像。

3.根據權利要求2所述的基于楊顧混合振幅-相位恢復過程的圖像加密算法，其特征在于，所述步驟1中的混沌置亂，具體按照以下步驟實施：

步驟1.1，假設三個所述顏色分量的尺寸均為M×N，設定初始值x₀、y₀，控制參數α、β，利用二維正弦Logistic調制映射函數生成長度均為M×N+K的混沌序列A和混沌序列B，具體表述為：

A＝{x₁,x₂,...,x_M×N+K},x_i∈(0,1)，B＝{y₁,y₂,...,y_M×N+K},y_i∈(0,1)；

所述二維正弦Logistic調制映射函數具體表述如下：

x_i-1＝α(sin(πy_i)+β)x_i(1-x_i) (3)，

y_i-1＝α(sin(πx_i+1)+β)y_i(1-y_i) (4)，

式(3)中，x_i表示混沌序列A中的第i個值，x_i-1表示混沌序列A中的第i-1個值，式(3)、(4)中，y_i表示混沌序列B中的第i個值，式(4)中y_i-1表示混沌序列B中的第i-1個值，x_i+1表示混沌序列A中的第i+1個值，

從x₀開始算起，舍去所述混沌序列A中的前k個值，得到從y₀開始算起，舍去所述混沌序列B中的前k個值，得到B'＝{y'₁,y'₂,...,y'_M×N},y'_i∈(0,1)，計算A'和B'的平均值得到Z'，具體表述如下：

步驟1.2，設定三個所述顏色分量分別為f_r(x,y)、f_g(x,y)、f_b(x,y)，分別采用公式(3)，(4)和(5)生成三個長度為M×N的隨機序列D、Y、Z。隨機序列D用作置亂紅色分量f_r(x,y)，隨機序列Y用作置亂綠色分量f_g(x,y)，隨機序列Z用作置亂藍色分量f_b(x,y)；以f_r(x,y)的混沌置亂為例：

步驟1.2.1，采用二維正弦Logistic調制映射函數將顏色分量f_r(x,y)生成長度為M×N的隨機序列D，具體表述如下：

D＝{x(m)|m＝1,2,...,M×N} (6)，

式(6)中，D表示隨機序列；x(m)表示隨機序列D中的第m個值；

步驟1.2.2，采用升序或降序方式對隨機序列D進行排列，得到序列D′，具體表述如下：

D'＝{x[w(m)]|m＝1,2,...,M×N} (7)，

式(7)中，w表示地址碼，w(m)表示第m個元素對應的地址，即序列D′中的第m個元素為序列D中第w(m)個元素；

步驟1.2.3，將顏色分量f_r(x,y)變換為一維數據f_r,1d(x)，采用序列D′對所述一維數據f_r,1d(x)進行置亂，得到f’_r,1d(x)；

步驟1.2.4，將所述f’_r,1d(x)逆變換成二維矩陣，得到置亂后的紅色分量f_r'(x,y)；

步驟1.3，由步驟1.2.1～1.2.4可分別得到置亂后的顏色分量f’_g(x,y)和f_b'(x,y)。