[发明专利]一种基于Hankel矩阵扫描的图像置乱方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Hankel矩阵扫描的图像置乱方法，是一种信息隐藏预处理方法和图像加密手段，属于数字图像处理领域。

背景技术

随着网络技术的发展,大量个人和公众信息在网络上传播，使得信息安全问题成为人们关注的热点。对于公众所关心的图像信息，传统的保密学尚缺少足够的研究。而且图像信息在网络存储和传输过程中很容易被非法截取，从而导致比较严重的后果和损失，对数字图像进行可靠的加密处理进而显得尤为必要。置乱实际上就是图像的加密，与加密保证安全性不同的是，将置乱的图像作为秘密信息再进行隐藏，可以很大限度的提高隐蔽载体的鲁棒性。所以图像置乱是信息隐藏中非常常用的一项技术；并且置乱技术是大部分图像信息隐藏问题的基础性工作,它既可作为一种图像加密方法，又可作为进一步隐藏图像信息的预处理过程，是一个值得深入研究的课题。另外，特别是基于像素空间位置置乱的图像加密技术，由于其方法本身简单以及加解密方便等特点，得到了广泛的研究和应用。目前存在的置乱技术Arnold变换、Hilbert曲线扫描、Zig-Zag扫描以及P-Fibonacci 变换等方法，主要大都存在取模运算，计算量比较大，置乱较为费时，置乱速度不太理想，效率比较低；而且它们主要用于方阵图像，置乱的适用性不好；基于抽样技术的置乱方法，具有抽样周期，抽样周期较短，但置乱效果不甚理想，置乱图像能看到原始图像的一些信息。

已有很多文献提出了图像置乱的方法，基于像素空间位置的置乱技术颇多，其中扫描置乱技术也有不少应用，比如较为常用的Hilbert曲线扫描和Zig-Zag扫描方法，但这两种扫描方法比较复杂，计算量大，其扫描较为费时，因此研究一种好的基于扫描的快速置乱方法目前颇具有挑战性。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于Hankel矩阵扫描的图像置乱方法，方法实现简单，置乱度高，通用性强，并且能抵抗一定的攻击，可以很好的用于信息隐藏的预处理和图像加密，而且可以满足数字图像加密和隐藏的鲁棒性要求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种基于Hankel矩阵扫描的图像置乱方法，其特征在于：包括图像正置乱与逆置乱两个过程；

设定原始图像IMAGE，大小为M×N像素；迭代次数为cycle，置乱密钥为cycle，置乱后的图像为FIG；

所述的图像正置乱过程如下： 

1）  定义迭代次数cycle=k；

2）  定义一个一维数组fig，用于存放扫描后的待置乱图像IMAGE数组中的元素，大小与原始图像IMAGE大小相同；

3）  找到待置乱图像IMAGE中行号和列号较大的，并将这个较大的值赋值给r，生成2×r大小的非负序列A，然后再生成序列A的Hankel矩阵，在此Hankel矩阵的基础上截取待置乱图像M×N大小的Hankel矩阵，存储至数组h；并得到h中最大的数，记为hmax，Hankel矩阵中的元素从1递增至hmax；

4）  一次迭代开始：按Hankel矩阵值递增的方式扫描Hankel矩阵直到最后一个元素；扫描Hankel矩阵的同时按照这个扫描方式扫描待置乱图像IMAGE，并将其存储至fig中；将一维结构的数组fig转换成IMAGE大小的二维结构，存储至Fig中，再将Fig赋给IMAGE，一次迭代结束；

5）  如果cycle不等于k，转到步骤4）进行下一次的迭代；直到cycle为k，则迭代结束，此时得到的Fig输出为FIG，FIG即为置乱后的图像;；正置乱过程结束；

所述图像的逆置乱过程如下： 

1）  定义迭代次数cycle=k；

2）  定义一个二维数组Out，用于存储恢复的图像，大小与置乱图像相同；

3）  与正置乱过程一样：找到待置乱图像行号和列号中较大的，并将这个较大的值赋值给r，生成2×r大小的非负序列A，然后再生成序列A的Hankel矩阵，在此Hankel矩阵的基础上截取待置乱图像大小的Hankel矩阵，存储至数组h；并得到h中最大的数，记为hmax，Hankel矩阵中的元素从1递增至hmax；

4）  一次迭代开始：先将置乱图像转换为一维结构的数组out；按Hankel矩阵值递增的方式扫描Hankel矩阵直到矩阵最后一个元素；扫描Hankel矩阵的同时将out中的元素依次放入扫描Hankel矩阵的位置中，即二维数组Out中对应的扫描位置，将Out赋值给FIG，一次迭代结束；