[发明专利]图像加密方法及装置

说明书

本发明提供一种图像加密方法及装置。该方法通过根据预设的正交稀疏基和明文图像的原始图像矩阵，获得稀疏表示的目标图像矩阵，降低了计算复杂程度。通过压缩感知模型对目标图像矩阵进行压缩测量，得到测量结果矩阵，其中，压缩感知模型是根据混沌矩阵和广义置换矩阵进行张量积处理得到的；压缩感知模型由两个混沌系统分别生成的矩阵进行张量积处理得到，具有足够小的互相关性，从而提高成功恢复可能性。对测量结果矩阵进行量化处理，获得量化处理后的量化矩阵；对量化矩阵进行正向扩散处理和逆向扩散处理，得到加密图像矩阵，加密图像矩阵对应密文图像，正向和逆向扩散处理能够使得图像能量分布更加均匀，进一步增强系统安全性和图像加密性能。

技术领域

本发明涉及信息安全技术，尤其涉及一种图像加密方法及装置。

背景技术

随着信息网络技术的飞速发展，多媒体技术在各领域的应用可谓是日新月异。数字图像是目前最流行的多媒体形式之一，在政治、经济、国防、教育等方面均有广泛应用。对于某些特殊领域，如军事、商业和医疗，还有较高的保密要求，需要防止数字图像在传输过程中被第三方恶意拦截、篡改或非法拷贝。

现有的加密算法中，只要数字图像的信号在某个变换域是稀疏的，加密装置就可以通过压缩感知算法以一个与变换基不相关的观测矩阵将变换所得数字图像的高维信号投影到一个低维空间上进行加密传输，然后在解密装置通过求解优化问题就可以从这些少量的投影中以高概率重构出原信号。

但是现有的压缩感知算法中，是将整个观测矩阵作为加密密钥，密钥消耗量过大，不利于密钥的传输、保存和记忆。

发明内容

本发明提供一种图像加密方法及装置，通过两个混沌系统分别生成的矩阵进行张量积处理得到压缩感知模型，提高成功恢复可能性，在解密本发明加密方法加密的密文图像时，仅需要以少量参数作为密钥，减少了密钥消耗。

根据本发明的第一方面，提供一种图像加密方法，包括：

根据预设的正交稀疏基和明文图像的原始图像矩阵，获得稀疏表示的目标图像矩阵，所述正交稀疏基与所述原始图像矩阵均为n×n矩阵；

通过压缩感知模型对所述目标图像矩阵进行压缩测量，得到测量结果矩阵，其中，所述压缩感知模型是根据混沌矩阵和广义置换矩阵进行张量积处理得到的，所述混沌矩阵是由第一混沌系统根据第一控制参数和第一混沌初始值构造的混沌矩阵，所述广义置换矩阵是由第二混沌系统根据第二控制参数、第二混沌初始值和第一采样距离构造的矩阵；

对所述测量结果矩阵进行量化处理，获得量化处理后的量化矩阵；

对所述量化矩阵进行正向扩散处理和逆向扩散处理，得到加密图像矩阵，所述加密图像矩阵对应密文图像。

作为一种实现方式，所述通过压缩感知模型对所述目标图像矩阵进行压缩测量，得到测量结果矩阵，包括：

通过如下公式一得到所述测量结果矩阵；

其中，所述Y是测量结果矩阵，所述是压缩感知模型，所述A是的混沌矩阵，所述P是p×p的广义置换矩阵，所述m、n、p均为大于0的整数，所述Ψ为正交稀疏基，所述S为目标图像矩阵。

作为一种实现方式，在所述通过压缩感知模型对所述目标图像矩阵进行压缩测量，得到测量结果矩阵之前，还包括：

通过所述第一混沌系统根据所述第一控制参数和所述第一混沌初始值迭代(m/p)(n/p)d次，得到第一混沌序列：

其中，所述Z(d,μ,z₁(1))是所述第一混沌序列，所述z_i×d是所述第一混沌系统的第(i×d)个混沌状态值，d是迭代采样距离，所述u是所述第一控制参数，所述z₁(1)是所述第一混沌初始值；