[發明專利]一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法

在審

• 申請號: 202310115228.4
• 申請日: 2023-02-13
• 公開（公告）號: CN116192360A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 葉國棟;杜思敏
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 彭曉勤

本發明公開了一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，將明文圖像作為待加密的圖像并從明文圖像中提取明文參數，將明文參數加密成公開參數；將明文參數和公開參數作為輸入值生成混沌系統的初始值，迭代混沌系統，生成混沌序列；對明文圖像進行索引置亂、像素映射，得到映射圖像；利用測量矩陣和映射圖像進行2D壓縮感知、量化運算、擴散加密，得到密文圖像；對密文圖像進行十進制位分解，對載體圖像進行整數小波變換、置亂加密、嵌入隱藏、逆置亂和逆整數小波變換，得到視覺有意義加密圖像。本發明結合2D壓縮感知將明文圖像作為待加密的圖像進行加密得到視覺有意義加密圖像，從而提高圖像加密效果和安全性。

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，特別是涉及非對稱視覺有意義圖像加密方法。

背景技術

隨著移動通訊技術、多媒體技術和數字圖像處理技術等科學技術的迅速發展與普及，越來越多的人們更接受以圖像為特征的信息形象，圖像日益成為我們信息載體的重要組成部分；圖像以其強烈的視覺表現能力、低存儲量的特性在現代通訊中成為了各個領域最普遍且關鍵的信息載體；圖像作為一種重要的多媒體資源符合數字社會的傳播需求，它能以更加迅速、便捷、高效的方式進行交流；然而，雖然科技的發展提高了數字信息的傳播效率，但同時也帶來了新的隱患和挑戰；圖像交流或傳輸在未受保護的公開信道，非授權者可能會對圖像進行竊取或破壞，從而導致圖像信息的丟失和泄露；因此，如何對圖像進行有效保護成為了一個重要的研究課題。

目前，關于圖像信息的保護方法主要有圖像加密和圖像隱藏兩種方式；圖像加密是發送方在傳輸圖像之前，先利用加密技術將明文圖像轉換成雜亂無章的、類噪聲的密文圖像，使得攻擊者無法獲取其中的有意義信息。圖像隱藏是將明文圖像信息嵌入到另一幅有意義的載體圖像中，并且不改變其原始載體圖像的主要語義表達，從而達到信息隱藏效果。

非線性混沌系統因其具有初值敏感性、參數敏感性、不可預測性以及偽隨機性等特性，從而被廣泛應用于圖像加密或圖像隱藏的密鑰流生成中，對傳輸圖像進行有效保護。壓縮感知技術對圖像保密通訊具有壓縮與加密的作用，在遠低于傳統Nyquist采樣定理中采樣率的基礎上對圖像信息進行采樣，以較高的概率完成高質量的圖像重構。因此，壓縮感知技術憑借著低采樣率和高效率等特性在信號處理和圖像處理領域得到了廣泛應用；然而，基于壓縮感知方法的圖像加密方案在接收方接收到密文圖像后需要進行圖像重構以獲得明文圖像，大多數已有方案在同時保證加密質量、加密安全性方面并不理想。

發明內容

本發明提供一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，用于得到視覺有意義加密圖像，通過2D壓縮感知、置亂加密、映射運算、整數小波變換等步驟，保證圖像加密安全性和重構質量。

為實現上述效果，本發明的技術方案如下：

一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，包括以下步驟：

S1：構建一個新的混沌系統，將明文圖像作為待加密的圖像并構造一個新的參數轉換模型TransM從明文圖像中提取明文參數，將明文參數通過RSA加密算法加密成公開參數；

S2：構造一個新的初值獲取模型GetM將明文參數和公開參數作為輸入值生成混沌系統的初始值，迭代混沌系統，生成混沌序列，對混沌序列預處理并計算得到密鑰流；

S3：對密鑰流進行排序得到索引，對明文圖像進行索引置亂得到置亂圖像，將置亂圖像的像素進行映射，得到映射圖像；

S4：利用測量矩陣對映射圖像進行2D壓縮感知，得到壓縮圖像，對壓縮圖像進行量化運算得到量化圖像，對量化圖像擴散加密，得到密文圖像；

S5：對密文圖像進行十進制位分解，得到三個位矩陣；對載體圖像進行整數小波變換，得到四個系數矩陣；其中，系數矩陣分別是一個近似矩陣和三個細節矩陣；