[發明專利]一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法及系統

在審

• 申請號: 202210276515.9
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114866780A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 平萍;牟晨曦;余亦樂;毛鶯池
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04N19/42
• 分類號: H04N19/42;H04N19/85;H04N19/126;H04N19/124;H04L9/40
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法，其特征在于，包括：

對明文圖像進行離散小波變換，得到稀疏矩陣；

將256位的二進制密匙K_seed，規則號R1代入二階元胞自動機，構造測量矩陣Ψ；

將半張量積壓縮感知用于稀疏矩陣，得到測量值矩陣；

對測量值矩陣進行量化，得到量化矩陣；

通過矩陣變換，將量化矩陣變換成一維矩陣；

將256位的二進制密匙K_seed，規則號R2代入二階元胞自動機，生成偽隨機序列；

將偽隨機序列轉換為實數序列，利用排序后的實數序列對一維矩陣進行置亂，得到置亂后的矩陣；

通過矩陣變換，將置亂后的矩陣變換成與量化矩陣同維度的矩陣，完成對明文圖像的加密壓縮。

2.如權利要求1所述的一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法，其特征在于，所述對明文圖像進行離散小波變換，得到稀疏矩陣，具體為：

對明文圖像進行離散小波變換，得到與原始圖像相同尺寸大小的稀疏系數矩陣P₁；

將P₁中小于設定閾值的元素置為0，得到稀疏矩陣P₂。

3.如權利要求1所述的一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法，其特征在于，所述將256位的二進制密匙K_seed，規則號R1代入二階元胞自動機，構造測量矩陣Ψ，具體為：

首先，二階元胞自動機根據規則R1迭代次，得到長為位的序列O，其中M是明文圖像的長，N是明文圖像的寬；

然后，取出O中前M×N個bit作為隨機序列E＝{e₁,e₂,...,e_M×N}，其中e_i∈{0,1},i＝1,2,3,...,M×N；

再后，根據以下公式，得到一個新的長度為M×N隨機序列W：

式中，w_i為W中的第i個元素；

最后，根據以下公式將W以列的方式組織后，構造出測量矩陣Ψ：

4.如權利要求3所述的一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法，其特征在于，該方法還包括采用半張量積STP策略對測量矩陣進行降維。

5.如權利要求1所述的一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法，其特征在于，所述將半張量積壓縮感知用于稀疏矩陣，得到測量值矩陣，具體為：

對稀疏矩陣的每一列，使用測量矩陣進行平行采樣，得到測量值矩陣。

6.如權利要求1所述的一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮方法，其特征在于，所述對測量值矩陣進行量化，得到量化矩陣，具體為：

找出測量值矩陣中的最高元素值max和最低元素值min，根據以下公式將測量值矩陣中的每個元素值量化至[0,255]，得到量化矩陣：

式中Y表示量化后的元素值，d表示量化前的元素值。

7.一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮系統，其特征在于，包括：

偽隨機數生成模塊，用于生成壓縮加密模塊以及置亂模塊所需的偽隨機數序列；

壓縮加密模塊，用于基于偽隨機數序列構造測量矩陣，獲取明文圖像的稀疏矩陣，將半張量積壓縮感知用于稀疏矩陣得到測量值矩陣以及對測量值矩陣進行量化；

置亂模塊，用于基于偽隨機數序列對壓縮加密模塊輸出的量化矩陣進行置亂。

8.如權利要求7所述的一種基于二階元胞自動機的圖像加密壓縮系統，其特征在于，所述偽隨機數生成模塊的工作流程為：將256位的二進制密匙K_seed，規則號R1/R2代入二階元胞自動機，生成第一/第二偽隨機序列；基于第一偽隨機序列，構造測量矩陣Ψ。