[发明专利]一种基于集成成像和多混沌系统的三维信息加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全领域，更具体地说，特别涉及一种基于集成成像和多混沌系统的三维信息加密方法。

背景技术

集成成像是一种利用微透镜阵列记录和再现三维场景的三维立体技术，其包括拍摄和显示两个过程。拍摄过程利用微透镜阵列获取三维场景的立体信息，生成微图像阵列；显示过程将微图像阵列通过相同参数的微透镜阵列，在一定距离处重建出三维场景。混沌系统是一种非线性系统，其表现出复杂的伪随机性，且对初始条件及控制参数极其敏感，可以用于信息加密等领域。但是利用混沌系统进行加密时存在由于计算机精度有限导致混沌序列随机性不佳等问题，因此仅有有限的抗干扰和攻击能力，从而限制了混沌系统在信息加密中的应用。

发明内容

本发明提出一种基于集成成像和多混沌系统的三维信息加密方法，该方法利用集成成像原理对三维场景进行记录，并利用多混沌系统进行加密，实现具有较强抗干扰和攻击能力的三维信息加密效果。该方法包括三维场景的记录和微图像阵列的加密两个过程。具体流程如附图1所示。三维场景的记录过程，根据集成成像原理，采用相机（含摄像机和照相机）阵列对三维场景进行拍摄，获得图像元，进而合成微图像阵列；微图像阵列的加密过程，对微图像阵列采用多混沌系统进行图像加密，得到密文微图像阵列，用于解密及集成成像再现。

所述三维场景的记录过程，根据集成成像原理，采用相机阵列对三维场景进行拍摄，获取三维场景的三维信息，在CCD上得到图像元，进而合成微图像阵列，如附图2所示。M×N个相机在水平与垂直方向上并行排列（其中水平方向包含的相机个数为M，垂直方向包含的相机个数为N），假设相邻相机之间等间距，集成成像拍摄中心深度平面到相机阵列的距离为l，则l满足：

（1）

其中，g为相机镜头与CCD之间的距离，f为相机镜头的焦距。

利用不同位置相机记录三维场景不同角度的信息，在CCD上得到M×N幅图像，对每幅图像裁剪多余的像素，从而获得M×N幅图像元。假设索引为i，j的相机拍摄三维场景处理得到的图像元为I_i,j(p,q)，因此微图像阵列表示为：

（2）

其中，h为每幅图像元水平方向包含的像素个数，v为每幅图像元垂直方向包含的像素个数，p，q为图像元像素坐标，p=0,1,...,h-1，q=0,1,...,v-1。

所述微图像阵列的加密过程，利用Logistic混沌系统、Henon混沌系统和Chen混沌系统组成多混沌系统，对微图像阵列进行加密，得到密文微图像阵列。假设微图像阵列由R、G和B三个分量组成，其中R分量表示为F_r，G分量表示为F_g，B分量表示为F_b，且R、G和B分量大小均为P×Q。对R分量利用Logistic混沌系统进行加密。指定两个Logistic混沌系统，分别表示为：

（3）

（4）

其中，t=1,2,...,P×Q，a和b为系统参数。假设F_r中所有像素灰度值之和为SumFr，对SumFr进行处理得到辅助密钥r，则r满足：

（5）

其中k为图像F_r比特位数。对选定初值条件x1₁和x2₁进行变换得到x1′₁和x2′₁，其满足：

（6）

（7）