[发明专利]矢量分解和相位编码的单通道彩色图像加密方法

说明书

本发明涉及信息安全和光信息处理技术领域，为大大降低加密系统的复杂性；提升系统的安全性，且可以有效抵抗常见的密码学攻击。为此，本发明，矢量分解和相位编码的单通道彩色图像加密方法，步骤如下：(1)图像加密部分：待加密的彩色图像首先分解为红R、绿G、蓝B三个颜色通道；将合成的灰度图像经过第一块三维混沌随机相位掩模调制，再对调制后的图像进行第一次Gyrator变换再进行第二次Gyrator变换，变换后的图像即为最终的加密图像；(2)所述图像解密部分：加密图像首先进行第二次Gyrator变换的逆变换，将三个颜色通道整合在一起即为解密后的彩色图像。本发明主要应用于光信息加解密处理场合。

技术领域

本发明涉及信息安全和光信息处理技术领域，尤其涉及一种基于矢量分解和三维混沌双随机相位编码的单通道彩色图像加密方法。

背景技术

数字图像作为当前最流行的多媒体形式之一，在政治、经济、军事、教育等领域有着广泛的应用。在互联网技术高度发达的今天，如何保护数字图像免遭篡改、非法复制和传播具有重要的实际意义。对图像加密技术的研究已成为当前信息安全领域的研究热点之一。

由于光学信息处理技术具有高处理速度、高并行度、能快速实现卷积和相关运算等优点，近年来，利用光学方法进行数字图像加密引起了人们的极大兴趣。在光学图像加密技术中，最具有代表性的是Javidi等人提出的基于光学4f系统的双随机相位编码方法。该技术开辟了光学图像加密的新领域，基于该技术诞生了一大批光学加密新方法和新技术。然而，大多数基于双随机相位编码方法的图像加密系统存在如下缺点和不足：(1)当待加密的图像是实值振幅图像时，位于输入平面处的第一块随机相位掩模不能做密钥，大大减小了此类加密系统的密钥空间；(2)随机相位掩模作为加解密过程中的主密钥，对随机相位掩模密钥的管理和传输不便；(3)由于随机相位掩模不便更新，因此，加密系统易受选择明文攻击和已知明文攻击；(4)此类加密系统大多是针对灰度或二值图像设计的，不能直接用于加密彩色图像。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出新的图像加密方法，通过矢量分解法实现彩色图像的单通道加密，大大降低了加密系统的复杂性；通过矢量分解法使双随机相位加密系统的第一块随机相位掩模作为密钥增大密钥空间，提升系统的安全性；通过使用三维混沌生产随机相位掩模增大密钥空间，提升系统的安全性。此外，该发明方法的密钥管理和传输非常方便，且可以有效抵抗常见的密码学攻击。为此，本发明采取的技术方案是，矢量分解和相位编码的单通道彩色图像加密方法，步骤如下：

(1)图像加密部分：待加密的彩色图像首先分解为红R、绿G、蓝B三个颜色通道；然后，分别进行阿莫德Arnold变换，将变换后的三个颜色通道分别相位编码作为单位矢量，将其中两个矢量相加合成为一个矢量，记录合成后矢量的振幅和相位；接下来，将第三个颜色通道单位矢量与上一步合成后的矢量相加得到三个颜色通道的合成矢量，即最终合成的灰度图像，记录其振幅和相位；最后，将合成的灰度图像经过第一块三维混沌随机相位掩模调制，再对调制后的图像进行第一次Gyrator变换，Gyrator变换是传统傅里叶变换的一种推广形式，是一种线性正则积分变换，再对变换后的图像进行第二次三维混沌随机相位掩模调制，调制后的图像再进行第二次Gyrator变换，变换后的图像即为最终的加密图像；

(2)所述图像解密部分：加密图像首先进行第二次Gyrator变换的逆变换，然后被第二块混沌随机相位掩模的共轭调制；调制后的图像再进行第一次Gyrator变换的逆变换，然后被第一块混沌随机相位掩模的共轭调制；接下来对调制后的图像进行矢量分解得到各通道的初步解密图像，再将初步解密图像进行Arnold变换得到各通道的解密图像，将三个颜色通道整合在一起即为解密后的彩色图像。

进一步地具体步骤细化如下：

(1)图像的加密部分：