[發明專利]一種基于整數小波變換和壓縮感知的圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110378244.3
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113115053B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 黃小玲;董友霞;葉國棟
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: H04N19/63
• 分類號: H04N19/63;H04N19/192;H04N19/126;H04L9/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉瑤云;陳偉斌

本發明提出一種基于整數小波變換和壓縮感知的圖像加密方法，解決了當前基于壓縮感知的空域圖像加密方法在壓縮感知后直接進行載體嵌入的方式存在加密安全性不足的問題，該方法對明文圖像進行預處理，利用混沌系統生成的隨機序列與明文圖像信息相關聯，能有力抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊；然后對預處理后的明文圖像進行稀疏處理，并依次進行置亂操作；生成測量矩陣，利用測量矩陣對置亂操作后的明文圖像進行壓縮感知，在嵌入載體圖像前，執行擴散操作，進一步提高圖像加密的安全性，最后利用整數小波變換得到頻率系數，對載體圖像進行嵌入操作，而后執行逆整數小波變化，降低因頻域變換而導致的數據丟失，提高了圖像信息的加密安全性。

技術領域

本發明涉及圖像加密的技術領域，更具體地，涉及一種基于整數小波變換和壓縮感知的圖像加密方法。

背景技術

隨著互聯網技術和社會媒體的迅速發展,越來越多的多媒體信息在互聯網上生成與傳播。在這些數字信息中，數字圖像是可以用可視化的方式傳遞信息的一種信息格式，但這些數字圖像中會存在某些隱私圖像，隱私圖像在網絡上傳輸會有一定的風險。為了防止這些包含大量的隱私信息的數字圖像被未經授權的人獲取或者利用,圖像加密作為有效手段引起了極大關注。

數字圖像加密按照加密域的不同,可以分為頻域加密和空域加密兩類方式。空域加密是指將數字圖像作為二維矩陣,從空間的角度對二維矩陣進行可逆變換。常用的空域圖像加密方案包括置亂和擴散兩個階段，頻域是相對于圖像的空域而言的，是從頻域空間對圖像進行處理，一般的可以利用離散余弦變換、快速傅立葉變換以及小波變換等變換方法來實現圖像空域和頻域之間的轉換。頻域加密方案的特點是加密速度快，但是通常屬于有損加密,即解密圖像與明文圖像存在少量差異。

壓縮感知理論是一種新型的信號采樣理論，能夠通過設置欠定線性系統來有效地捕獲和恢復信號。壓縮感知理論探索在更低的采樣率下，如何實現相同的信號重構精度。由于數字圖像是具有高冗余屬性的，所以在對圖像進行處理時，會產生一些不必要的過程。壓縮感知剛好可以減少數據的冗余性。在進行數據傳輸之前，密文圖像如果可以進一步被壓縮，不僅可以提高效率，而且會更適用于寬帶有限的傳輸信道。加密后的圖像具有類紋理或是類噪聲的特征，而這些特征會引起攻擊者的注意力，這便提高了加密后的圖像信息在傳輸中的攻擊率。圖像隱藏技術或可減少這種潛在的攻擊威脅，與信息隱藏技術相結合，把原始圖像加密后嵌入到進行處理后的載體圖像中，實現了在視覺上是有意義的圖像加密技術，在某種程度上降低了圖像被攻擊的可能性。

2019年2月19日，公布號為CN109360141A的中國發明專利中公開了一種基于壓縮感知和三維貓映射的圖像加密方法，首先根據明文圖像的像素平均值計算三維貓映射混沌系統的初始狀態值和系統參數，然后對明文圖像的稀疏系數矩陣進行置亂，構建測量矩陣并對置亂后的稀疏系數矩陣進行壓縮測量，得到密文圖像，基于載體圖像，利用嵌入算法將密文圖像嵌入到載體圖像后得到視覺安全圖像，使密文圖像在視覺上安全，且避免了頻域加密方法最后得到的解密圖像與明文圖像存在差異的弊端，但該方法中利用壓縮感知后直接得到了密文圖像，然后就進行了嵌入，加密安全性方面仍有待考量。

發明內容

為解決當前基于壓縮感知的空域圖像加密方法在壓縮感知后直接進行載體嵌入的方式存在加密安全性不足的問題，本發明提供一種基于整數小波變換和壓縮感知的圖像加密方法，利用整數小波變換可實現可逆性，降低因頻域變換而導致的數據丟失，提高了圖像信息的加密安全性。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種基于整數小波變換和壓縮感知的圖像加密方法，包括：

S1.選定混沌系統，設置混沌系統的初始值，確定大小為M×N及像素和為S的明文圖像P，對明文圖像P進行預處理；

S2.將M、N、S和初始值代入混沌系統進行迭代，生成隨機序列，并經過預處理和量化處理后得到量化隨機序列；