[发明专利]一种基于Kirkman女生问题解决方案的图像置乱方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于世界著名的Kirkman女生问题解决方案的图像置乱方法，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

随着多媒体技术和互联网的迅速发展，数据量庞大而且难以存储和传输的图像越来越频繁的出现在计算机屏幕上，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，因此信息的安全性和有效性越来越成为人们关注的焦点，对数字图像进行可靠的加密处理进而显得尤为必要。而数字图像置乱技术是一种有效的信息隐藏预处理方法和图像加密手段。图像置乱是一种重要的图像加密方法，其主要目的是将给定的图像进行扰乱，从而使得人们无法通过人类视觉系统和计算机系统来发现原始图像表达的真正含义。目前空域图像置乱方法有两类：一类是基于位置变换的图像置乱方法：利用相应方法在保证像素总个数不变的基础上将一幅图像各像素的次序打乱。典型的像素位置置乱方法有基于正交拉丁方、原根、幻方、Hilbert曲线以及仿射变换等；另一类是基于像素灰度值变换的图像置乱方法：利用置乱方法改变像素值。

另外，已经存在的置乱技术颇多，但其中基于像素灰度值变换的图像置乱方法相对来说还是比较少的，因此研究一种好的基于像素灰度值变换的图像置乱方法目前具有较大的挑战性。

并且已存在的基于排序的置乱方法大都是基于像素位置进行图像置乱，这种基于排序的只改变像素位置的置乱方法其安全性不具有很好的保证；而本发明提出的一种Kirkman女生问题的图像置乱方法是基于像素灰度值的排序置乱，置乱效果好，安全性高，通用性强。因此，研究一种基于排序的改变像素灰度值的置乱方法有较大的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于Kirkman女生问题解决方案的图像置乱方法，其置乱方法简单，安全性好，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Kirkman女生问题解决方案的图像置乱方法，其特征在于：设原始图像为Image；迭代次数为cycle；

Kirkman女生问题解决方案中涉及的四个密钥为i、a、b和u，其中u取1到7中的一个数，代表采用Kirkman女生问题解决方案中七个通式中的一个通式，i取1到15中的一个数，a和b取1到15中的一个数，而且i和a、b的取法有规则：i=1时，a=14，b=15；i=2时，a=15，b=1；i=3时，a=1，b=2；……；i递增的同时，a和b依次往后移动；当确定一组i、a、b、u的取值，即产生一组解决方案；输入的原始图像为Image，大小为M×N像素；输出的置乱图像为FIG；

图像的正置乱过程如下：

1)  得到输入的原始图像Image大小为M×N，迭代次数为cycle，确定Kirkman女生问题解决方案中四个密钥的一组取值得到一组解决方案A；

2)  将原始图像Image转换为八位的二进制序列image，并进行转置为image2，得到image2，大小为m×n，再将其转成一维序列image1；

3)  将解决方案A存储到INDEX中，并进行取余处理：INDEX中值大于15的用15去除，并取其余数, 其余不变，得到的结果保存至index中；

4)  定义迭代变量为F，所述的F取值范围为1~cycle，即从1次迭代开始，到cycle次迭代结束：对一维二进制序列image1进行分组，每组15个；然后按照解决方案A对每组进行重新排序，排序后的结果存储至fig中；若最后一组序列不足15个，则将其原封不动的放在前边排好序的fig后边的位置；最后对排序后的序列fig进行左移F位处理，并将结果赋给image1；

5)  若迭代变量F不等于cycle，转至步骤4）进行下一次迭代；直到迭代变量F为cycle，则迭代结束；

6)  将排序后的一维二进制序列fig转换成二维大小m×n；然后对其转置存储至Fig，将二进制矩阵Fig转换成十进制得到一维数组（二进制转换成十进制用到Matlab函数bin2dec，其转换是将二进制的二维矩阵转换为十进制的一维数组）存储至fg，再将fg转换成原始二维图像大小M×N，并将其存储至FIG，从而得到置乱后的图像FIG(灰度图像（即M×N像素）在程序中的显示就是一个二维数组或矩阵（即M行N列），也就是说，一个二维数组就可以输出一幅图像)；至此，正置乱过程结束；