[發明專利]一種球極變換的彩色圖像加密編碼與解碼方法

有效

• 申請號: 202010977342.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112188028B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 孫文卿;張慧星;王軍;陳寶華;吳泉英
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04L9/08;G06T7/90;H04N19/182;H04N19/186
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本發明涉及一種球極變換的彩色圖像加密編碼和解碼方法。在加密編碼方，首先調整彩色圖像每個通道的灰度閾值范圍，然后再將彩色圖像每個通道的灰度值變換到球極坐標系中，實現加密編碼。將球極矢量的模長作為密文，相位角作為密鑰，通過不同的信道分別傳給接收者。接收方收到密文及密鑰后，通過計算球極矢量在各個坐標軸上的分量，即可恢復出原始圖像的信息。該方法實現方式簡單，可以免疫來自相位恢復算法的攻擊，提高圖像加密強度，具有良好的應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種圖像編碼與解碼方法，尤其涉及一種球極變換的彩色圖像加密編碼和解碼方法。

背景技術

在現代軍事、工業、科研、生活、娛樂等領域中，數字圖像的使用非常廣泛，在很多場景下，數字圖像的內容涉及到版權、隱私、機密等信息，因此需要進行加密編碼以后再進行傳輸。

在圖像加密編碼領域，有很多方式可以實現對圖像信息的隱藏，其中一類加密方案是將彩色圖像每個通道的灰度信息看成是某個球極矢量的三個分量，然后對該矢量的振幅部分和相位部分進行加密，最終得到一幅無法辨識內容的白噪聲圖像。為了實現雙隨機相位編碼，可以使用傅里葉變換的方法，得到振幅和相位分布函數，在通過隨機相位矩陣對其進行加密。除此之外，還可以使用菲涅耳變換、小波變換、余弦變換等方式來實現加密。同時，這類加密方法，不僅可以使用算法實現，也可以通過光電系統完成。

然而，研究表明，光學變換大多屬于線性變換，且有明確的物理模型。這些特點給加密方法帶來了一系列問題。通過模型分析、選擇合適的參數、使用相位恢復算法進行一系列的迭代，就可以在不知道密鑰的情況下，重建出圖像的信息。

為了解決這個問題，本專利提出了一種針對彩色圖像的加密編碼方法，該方法對彩色圖像每個通道的像素和球極變換方法進行編碼，不會受到相位恢復算法的攻擊，提高了安全性。

發明內容

針對現有方法的不足，本發明提出了一種球極變換的彩色圖像加密編碼和解碼方法。下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。為實現上述目的，本發明的方案包括：

如圖1所示，加密編碼包括如下步驟：

1）將數字圖像每個通道的灰度階矩陣表示為I(x,y,k)，它在每個像素上都是實數，x和y分別表示圖像的像素坐標，k代表通道編號，圖像的像素尺寸為M*N，其中M表示圖像的行像素數，N表示圖像的列像素數。

2）I(x,y,k)每個通道的灰度階范圍為0到P，調整每個像素的灰度值為

I1(x,y,k)=I(x,y,k)-(P+1)/2，（1）

3）彩色圖像分為三個通道，所以令k=1,2,3，根據式（2）（3）（4）分別得到

a(x,y)=I1(x,y,1)，（2）

b(x,y)=I1(N+1-x,y,2)，（3）

c(x,y)=I1(N+1-x,M+1-y,3)，（4）

其中，x從1到N，y從1到M。生成尺寸與a(x,y)相同的隨機數矩陣Z(x,y)，隨機數的范圍從-0.5到0.5。根據式（5）（6）（7）計算T1(x,y)、T2(x,y)、T3(x,y)，

T1(x,y)=sqrt[a(x,y)^2+b(x,y)^2]，（5）

T2(x,y)=sqrt[a(x,y)^2+b(x,y)^2+c(x,y)^2]，（6）

T3(x,y)=T2(x,y)+Z(x,y)*2*P，（7）

其中，sqrt()表示開方運算，^2表示平方運算。

4）根據式（5）、（6）、（7）確定復數的相位角r1(x,y)和r2(x,y)，