[发明专利]一种高光谱图像集合的交叠编码和解码方法

说明书

本发明涉及一种高光谱图像集合的交叠编码和解码方法。在加密编码方，首先将高光谱图像的每个波段的图像进行随机组合交叠，再对交叠图像进行加密编码。使用随机相位函数作为密钥，用Hartley变换对复振幅函数的实部和虚部分布进行加密编码。将密文通过公共信道，密钥通过保密信道传输给接收方。接收者得到数据以后，根据密钥是用解密算法，得到交叠编码图像，最后进行交叠还原，得到原始的高光谱图像集合。该方法可以免疫来自相位恢复算法的攻击，提高图像加密强度，除了可以对高光谱图像进行加密以外，还可以对其他类型的图像集合进行加密，具有良好的应用潜力。

技术领域

本发明属于图像加密编码与解码领域，具体涉及一种高光谱图像集合的交叠编码和解码方法。

背景技术

随着互联网大数据技术的不断发展，图像相关的编码与解码技术不断进步。近年来，信息安全问题在数据加密领域的重要性不断提升。在军事、金融、医疗、科研等领域，为了防止信息被窃取，图像信息经常要经过加密然后再被传输。高光谱图像作为一种专用装置，如卫星、无人机等生成的数据集合，经常包含了所有者的数字权益。为了防止这些有价值的信息被泄漏，因此很有必要对这些图像进行加密编码。

使用随机相位函数对图像进行加密的方法可以分别在空域和频域对图像信息进行隐藏，最终得到的是一幅无法辨识信息的白噪声图像。最早的双随机相位编码技术可以用傅里叶变换来实现，后来，该方法又拓展到了分数傅里叶域、菲涅尔域等。这类加密技术可以对单幅图像进行加密，也可以对一组图像进行加密。这种图像加密方法可以使用光电系统来实现，可以根据其原理，使用纯数字化的方式来实现。

然而，先有的研究结论表明，通过相位恢复算法，可以完整的恢复出被加密为白噪声的密文图像，即在密钥完全未知的情况下，通过相关的物理模型、设定合适的参数、进行一定次数的迭代，较为完整的恢复出明文信息。尤其是在高光谱图像这类数据中，每个波段的图像有一定的相似性，可以通过比对不同波段的图像，更有效的实现密文的破解。为了解决这个问题，本专利提出的方法在密文中只包含振幅数据，不包含相位数据；同时对于图像进行了交叠扰乱操作，使得图像之间的相关性消失，从而保证了加密数据的安全性。

本发明专利提出了一种高光谱图像集合的交叠编码和解码方法，可以抵抗相位恢复算法的攻击，提高加密编码解码系统的安全性。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明提出了一种高光谱图像的交叠编码和解码方法，该方法在编解码的过程中，还可以进行加密和解密操作，实现图像的保密传输。下面结合附图对本发明做进一步详细说明。为实现上述目的，本发明的方案包括：

如图1所示，高光谱图像集合的加密图像编码过程如步骤1)到12)：

1)设高光谱图像由K个波段的图像组成，即一个高光谱图像集合中包含了K幅图像，命名为I1(x,y)到IK(x,y)，每幅图像的尺寸为M*N，即有M列和N行。将每幅图像的每行数据进行编号，第1幅图像的第1行到第N行编号为1到N，第2幅图像的第1行到第N行编号为N+1到2N，以此类推，组成总共有P行数据的集合，其中P＝N*K。

2)从1到P中随机抽取N行数据，组成一幅新的图像，并记录下抽取行的序号，作为密钥的一部分，从集合中删去已经被抽到的数据行。

3)重复步骤2)，重组出的图像命名为H1(x,y)到HK(x,y)，每幅图像抽取的序号集合命名为J。4)生成随机相位函数φ1i(x,y)，并与重组图像Hi(x,y)组成复振幅函数，

Ri(x,y)＝Hi(x,y)*exp[j*2π*φ1i(x,y)]，(1)

其中i从1到K，j是虚数单位。

5)将复振幅函数Ri(x,y)，分解为实部和虚部两部分，

A1i(x,y)＝Re[Ri(x,y)]，(2)

A2i(x,y)＝Im[Ri(x,y)]，(3)