[发明专利]一种基于块压缩感知的秘密图像共享方法

说明书

技术领域

本发明属于秘密图像共享技术领域，具体涉及一种基于块压缩感知的秘密图像共享方法。

背景技术

目前，网络系统的开放性在给人们生活带来巨大方便的同时，对信息安全也造成了很大的威胁，尤其在军事、医疗及商业等对信息完整性和安全性要求较高的领域内，信息的安全性更显得尤为重要。数字图像因其能够承载大量信息而成为网络中传输的主要数据，而数字图像的安全性也成为当今社会信息科学领域日益关注的问题之一。由于数字图像具有数据量大、冗余度高与像素间相关性强等特点，传统的信息加密方法已不能适应数字图像加密的要求。秘密图像共享技术就是随着图像加密技术的发展应运而生的。

秘密图像共享技术是立足于图像处理中的一种有效的加密技术。秘密图像共享，即将原秘密图像按照一定的运算拆分成m个影子图像并安全地分给不同的人保管，只有收集到其中的r(r≤m)个或更多的影子图像才能够恢复出原秘密图像的信息，而少于r个影子图像就无法恢复原图像的任何信息。通过该技术既能够防止权利过于集中，又能够增强秘密图像的安全性和完整性，同时在通信过程中丢失一部分信息的情况下仍能重构出原秘密图像，因此该技术非常适合于在分布式网络环境中对重要数据的保护。

早期的秘密图像共享技术利用Shamir的(r，m)门限方案，将秘密图像分割成若干似噪声的影子图像，影子图像的尺寸通常小于原始图像尺寸，这使得图像传输过程中节省了大量的带宽。Thien and Lin提出了一种缩小影子图像尺寸的秘密共享方案，该方案将原秘密图像像素灰度值重新排序，并将排序后的值作为Shamir(r，m)门限方案中共享多项式的系数。该方案可以将影子图像的尺寸缩减为原图像的1/r，并且图像几乎没有损失，但该方案产生的影子图像尺寸固定，不能够适应不同环境下的带宽变化；此后，Huang and Hsieh等人提出了一种渐进的秘密共享方案，该方案可以根据接收到的影子图像的部分信息恢复原秘密图像，获得的影子图像信息越多，恢复效果就越好，但是影子图像尺寸固定，依然难以适应带宽变化的要求。可见，现有方案都没有考虑到信道带宽变化以及用户对重构图像质量需求的多样性，这使得秘密图像共享技术在灵活应用上受到了很大的限制。

发明内容

本发明目的是提供一种能够灵活应对信道带宽变化以及用户对重构图像质量需求多样性的秘密图像共享方案。该方案可有效地克服现有技术存在的缺点。

本发明的技术方案由两部分组成：（1）发送端的秘密隐藏部分；（2）接收端的按需重构部分。

Ⅰ.发送端的秘密隐藏部分，包括下列步骤：

第一步，块压缩感知编码：

⑴.读入一幅秘密图像，并将秘密图像分为多个互不重叠的、B×B大小的图像块；

⑵.将每一个图像块排列为B²×1的列向量x_i，i表示第i个图像块；

⑶.生成一个n_B×B²大小的正交独立同分布高斯随机矩阵作为块观测阵Φ_B，其中（向下取整），MR为设定的观测率；

⑷.对每一个图像块利用公式(1)进行BCS观测：

y_i=Φ_Bx_i    (1)

其中，y_i是x_i的观测值向量，大小为n_B×1；Φ_B是第i个图像块的观测矩阵，每一个图像块均使用相同的Φ_B；

⑸.所有y_i组成大小为n_B×N的观测值矩阵Y，其中N是所有图像块的个数，保存观测值矩阵Y，同时记录观测率MR；

第二步，将Y按照矩阵逐行扫描方式展开成行向量y′；

第三步，非均匀量化编码：

⑴.寻找y′中所有元素绝对值的最大值max(|y′_j|)(j=1,2,…,n_B×N)，利用公式(2)将y′中各元素值y′_j限定在-2048~2048之间，并将此动态范围划分为4096个量化单位，即量化步长Δ＝1；

j=1,2,…,n_B×N    (2)