[發(fā)明專利]基于三維螺旋模型的多圖像加密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110385981.6
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN113099069B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉強(qiáng);楊曉唱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N1/32
• 分類號(hào): H04N1/32;H04L9/08;H04L9/00
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1.基于三維螺旋模型的多圖像加密方法，其特征在于，加密過程包括如下步驟：

步驟1：圖像立體化：令k幅原始圖像I¹₁, I¹₂, …, I¹_k，其大小分別為m_i×n_i（i=1, 2,…, k），令m=max{m₁, m₂, …, m_k}，n=max{n₁, n₂, …, n_k}，對k幅原始圖像進(jìn)行填補(bǔ)操作，轉(zhuǎn)變成大小均為m×n的圖像I²₁, I²₂, …, I²_k；再將I²₁, I²₂, …, I²_k組合成一個(gè)大小為m×n×k的三維圖像矩陣A；

步驟2：建立三維螺旋模型：將A的三維矩陣結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的螺旋變換相結(jié)合，建立一個(gè)三維螺旋模型，具體操作為：首先，把A視為k個(gè)大小為m×n的二維矩陣進(jìn)行處理；其次，選定這k個(gè)矩陣的中心位置分別作為螺旋起點(diǎn)；再次，利用傳統(tǒng)的螺旋變換對這k個(gè)矩陣中的所有元素進(jìn)行掃描，可得k個(gè)對應(yīng)的一維向量；從次，將這k個(gè)向量中位置相同的元素排放在一起，并將所有排序結(jié)果依次連接，可得一個(gè)長度為m×n×k的向量；最后，按元素順序，將該向量重塑成一個(gè)新的大小為m×n×k的三維圖像矩陣；

步驟3：圖像立體置亂：利用建立的三維螺旋模型對A中所有的元素進(jìn)行置亂，可得一個(gè)大小為m×n×k的三維置亂圖像矩陣B；

步驟4：圖像矩陣分塊：將B分割成s塊大小均為l×w×h的圖像塊，可得一個(gè)圖像塊集合D={d_i}_s；其中，l, w和h需滿足mod(m, l)=0，mod(n, w)=0且mod(k, h)=0，圖像塊的數(shù)量s=(m/l)×(n/w)×(k/h)，d_i是任一大小為l×w×h的圖像塊；

步驟5：生成混沌序列：隨機(jī)選取二維Henon映射的初始值x₀, y₀按照公式（1）迭代m×n×k次，可得兩個(gè)混沌序列X¹={x¹_i}_s和Y¹={y¹_i}_s，

， （1）

其中，x_i∈(0, 1)，y_i∈(0, 1)，控制參數(shù)a=1.4和b=0.3；

步驟6：混沌序列整數(shù)化：計(jì)算，

x²_i = mod(floor(x¹_i×10¹⁰), 256)，i=1, 2, …, s， （2）

y²_i = mod(floor(y¹_i×10¹⁰), 256)，i=1, 2, …, s， （3）

其中，mod(·)為取模運(yùn)算函數(shù)，floor(·)為取整函數(shù)，x¹_i∈X¹, y¹_i∈X¹，產(chǎn)生兩條整數(shù)混沌序列為X²={x²_i}_s和Y²={y²_i}_s；

步驟7：生成混沌塊集合：將X²重塑成s個(gè)大小均為l×w×h的混沌塊，可得一個(gè)混沌塊集合Z={z_i}_s，z_i是任一大小為l×w×h的混沌塊；類似地，對Y²進(jìn)行重塑，可得一個(gè)混沌塊集合U={u_i}_s，u_i是任一大小為l×w×h的混沌塊；

步驟8：圖像塊內(nèi)擴(kuò)散：計(jì)算，

p_i = d_i⊕z_i，i=1, 2, …, s， （4）

其中，⊕為異或運(yùn)算，d_i∈D，z_i∈Z，可得一個(gè)新的圖像塊集合P={p_i}_s，p_i為任一擴(kuò)散后的圖像塊；

步驟9：圖像塊間擴(kuò)散：計(jì)算，

q₁ = p₁⊕u₁， （5）

q_i= mod((p_i+q_i-1), 256)⊕u_i，i=2, 3, …, s， （6）

其中，p_i∈P，u_i∈U，可得一個(gè)新的圖像塊集合Q={q_i}_s，q_i為任一擴(kuò)散后的圖像塊；按一定的順序，將Q重塑成k幅大小均為m×n的圖像，即為最終的k幅加密圖像I³₁, I³₂, …, I³_k。