[发明专利]基于猫脸变换和混沌的图像信息融合加密方法

说明书

本发明公开了一种基于猫脸变换和混沌的图像信息融合加密方法，主要解决现有利用混沌系统对图像进行加密的技术的置乱不够充分，且安全性相对较差的问题。其实现步骤为：1.对图像进行广义Arnold变换，得到初步置乱图像；2.利用广义三维Henon超混沌系统得到长宽分别为待加密图像的四倍的混沌生成图像矩阵；3.利用洛伦兹混沌得到用于置乱的二进制子串序列；4.利用二进制子串序列将初步置乱图像插入到混沌生成图像矩阵中，得到插入后图像矩阵；5.利用图像信息融合技术缩小插入后图像矩阵，得到最终加密图像。本发明置乱程度高、敏感性强，提高了图像加密的安全性，可用于信息安全。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种图像加密方法，可用于信息安全。

背景技术

随着计算机技术、网络技术以及多媒体技术的迅猛发展，在成功解决因数字图像数据量大而导致的存储和传输瓶颈后，数字图像已成为信息表达方式的主流。但数字图像在传输过程中仍存在诸多安全隐患，图像信息安全问题不仅关系到个人隐私和企业的商业机密，而且更重要的是关系到国家的安全，特别是军事机密，因此图像信息的安全备受重视。图像加密技术是保护图像安全最直接有效的手段，已成为信息加密技术的重要热点课题，研究图像加密具有重要的意义。

将数字图像作为矩阵进行有限次的初等变换以达到使图像像素点杂乱无章的效果，这是基于置乱的图像加密技术的核心思想，如猫脸变换。猫脸变换可以看成是将矩阵裁剪和拼接的过程，但由于猫脸变换固有的动力系统特性，当运行到特定的次数之后图像像素点又会恢复原来的排列，也即猫脸变换的周期性。广义猫脸变换是猫脸变换的推广，具有2个参数，但仅用这一种方法并不能使图像的置乱程度达到较理想的状态。

由于混沌系统对初始条件和控制参数极其敏感，还具有内随机性，非周期性，遍历性等特点，所以利用混沌进行图像加密是一种有效加密方法。目前混沌加密技术的研究大多是基于一维和二维混沌系统的研究，虽然具有形式比较简单，运行速度快等优点，但是基于低维混沌的加密算法密钥空间小，导致安全性不高，有研究表明低维混沌系统保密性是不够的。虽然有使用多维的混沌系统加密图像，但基于这些系统的加密方法的安全性仍然还不够高，而超混沌系统具有不少于两个的李雅普诺夫指数，具有更大的密钥空间、更好的随机性，表现出更复杂的系统特征，用超混沌系统对数字图像进行加密的效果比低维的混浊系统更好。广义三维Henon混沌是超混沌系统，具有两个李雅普诺夫指数。若用单一的混沌系统加密图像，密钥空间相对小，安全性能较低，且一些混沌系统的不安全性已经被证明，综合更多的混沌系统有更大的密钥空间，更高的安全性。

传统的使用混沌对图像加密方法主要是利用混沌序列进行置乱再结合异或运算进行加密。其存在的不足是：1.单用混沌序列对图像中的像素置乱的不够充分，没有与广义猫脸变换结合进行置乱的效果好，所以安全性不高；2.混沌生成序列长度的范围仅仅局限于图像长宽之和的长度或者是和图像大小相等的长度，没有对更多的混沌序列加以利用，安全性受到一定的限制；3.异或运算的操作过于简单，相比于结合混沌序列和图像信息融合技术进行加密的效果要差，故安全性相对较差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于猫脸变换和混沌的图像信息融合加密方法，以提高图像加密的安全性。

本发明的技术方案是：首先对待加密图像利用广义猫脸变换进行初步置乱，然后将初步置乱的图像插入由广义三维Henon混沌系统生成的长宽为待加密图像4倍的图像，最后利用图像信息融合技术缩小图像，得到加密图像。其实现步骤包括如下：

(1)输入一幅N×N的灰度图像F，获得该灰度图像的二维矩阵f(s,t)；

(2)选取广义猫脸变换的变换矩阵的两个参数a、b和迭代次数m，对灰度图像的二维矩阵f(s,t)进行m次广义猫脸变换，得到置乱后的图像矩阵f₁(s,t)；