[发明专利]基于伽玛函数和密文拼接的多通道图像编解码方法

说明书

本发明涉及一种gyrator变换和伽玛随机函数的彩色图像编解码方法，可用于图像加密。在加密方，将彩色图像分解为红绿蓝三个单色通道分量图片，然后生成三组加密参数，再产生三组随机相位函数，并使用gyrator变换对分量图像在空域和频域分别加密，得到密文。最后产生三个随机整数，将密文数据随机的拼接到一个矩阵中。在解密方，将拼接矩阵分解成三个分量的密文数据，再用共轭相位密钥对每个通道图像进行解密，恢复合成出彩色图片。本发明方法可改变密文相位分布模式，抵抗相位恢复算法的攻击，通过随机拼接抵抗来自其他破解方案的算法攻击，提高加密强度，该方法可对三通道彩色图像进行加密，具有优异的社会效益和经济效益。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种图像加密与解密技术。

背景技术

随着互联网以及多媒体技术的不断发展，信息安全方面的问题不容忽视。数字图像作为最重要的信息传递载体之一。在军事、金融、医疗、科研等领域，图像数据往往要进行加密以后在进行传输，用于防止信息的窃取，因此，图像加密技术也越来越受到人们的重视。

图像加密的目的是将图像本身所表达的信息进行隐藏，使不掌握密钥的用户无法获得图像的真实内容，而掌握密钥的用户可以通过解密算法，获得真实的图像信息。光学图像加密技术是通过光电系统或者虚拟光学系统，使用一定的算法，对原图像进行一定的扰乱操作，实现图像数据的加密。最早的光学图像加密系统是Refregier和Javidi提出的双随机相位编码系统，该系统在典型的4f系统中，分别在光信号的输入平面和傅立叶频谱面上分别放入一块随机的相位掩模板，其目的是对输入图像的振幅与相位信息分别进行加密，从而达到令输出的密文完全变为一幅白噪声图像的目的。此后该系统又拓展到了分数傅立叶域、菲涅尔域等。加密的手段以及应用领域也有了相当大的发展，从而也进一步的提高了系统的安全性。

但是，已经有研究结果表明，通过相位恢复算法，可以恢复出被白噪声随机相位板所加密的图像，即使在密钥完全未知的情况下，通过迭代计算，也可能够恢复出图像的信息，并且能够达到人眼可辨识的程度。因此，根据相位恢复算法的特点，改进这类系统的加密方式，是需要进一步解决的问题。近年来，提出了结构化的相位密钥进行加密的方式，这类系统中使用的结构化相位密钥是一些函数，通过输入随机参数，产生不同的相位分布模式，但是一般函数中的参数个数只有2-3个左右，这就会使得密钥的空间明显缩小。尤其是破解彩色图像的加密时，每个单色通道的图像如果分别被破解一部分，但是通过通道的叠加，则更容易让图像能够被人类分辨出来。而且，我们还注意到，相位恢复算法能够恢复出原始图像，其中一种十分重要的原因就是加密图像的相位分布有均匀分布的统计特性。

本发明提出了基于gyrator变换和伽玛分布随机相位函数的彩色图像的编码与解码方法，可以用于对彩色图像的加密中。对每个通道的分量图像，分别使用不同的加密参数进行加密，能够改变加密图像的相位分布统计规律，阻碍使用相位恢复算法对密文图像进行破解。同时，本专利提出的方法利用了多通道图像的特点，将每个通道的密文数据进行随机拼接，进一步加强了该方法对于其他破解方案的抵抗能力，提高加密系统的安全性。该方法除了可以对彩色图像进行加密以外，还可以用于对高光谱图像以及多幅图像等其它多通道图像的加密。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了基于gyrator变换和伽玛分布随机相位函数的彩色图像加密与解密方法。下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。为实现上述目的，本发明的方案包括：

如图1所示，加密过程如下：

1）待加密的图像为I(x,y)，对于红绿蓝三通道的彩色图像，可以分解为三个通道的分量图像，分别用I_R(x,y)，I_G(x,y)和I_B(x,y)。每个通道的图像在每个像素上都是实数，可以将其看作是一个振幅函数，x和y表示图像的像素坐标。图像的像素尺寸均为M*N。