[发明专利]一种基于半张量积压缩感知的双图像压缩加密方法

说明书

本发明公开了一种基于半张量积压缩感知的双图像压缩加密方法，包括如下步骤：(1)预处理过程；(2)置乱过程；(3)半张量积压缩测量过程；(4)扩散过程；(5)解密过程。本发明能够减少数字图像的数据量、均衡加密安全性和效率。

技术领域

本发明涉及信号处理和信息安全技术领域，尤其是一种基于半张量积压缩感知的双图像压缩加密方法。

背景技术

由于网络技术和通信技术的飞速发展，信息的传播速度更加快捷、传播范围更加广泛，我国更大规模的网民正在利用互联网分享和传递信息。与此同时，多媒体技术也使得信息传输的形式更加丰富，从文本发展到数字图像、音频、视频等多样化的形式。其中，图像作为人类获取信息的主要来源之一，被广泛应用于物联网、医疗、航天等领域中，然而，互联网的共享性和开放性也带来了巨大的潜在危险。网络中传输的图像常常包含个人隐私或国家机密等敏感信息，如病例图像、含有商业或军事机密等信息的图像等。这些图像一旦被不法分子通过蓄意攻击非法地窃取、泄露、恶意篡改，将对个人信息、公司利益乃至国家安全产生严重威胁，因此对图像内容进行安全加密成为信息安全的一个研究重点。

此外，网络中的数字图像具有数据量大、冗余度高、像素相关性强的特征，而使用传统的文本加密方法如数据加密标准DES、高级加密标准AES或RSA加密算法等，在数字图像的存储和传输中存在着一些局限。例如，若使用传统的AES算法加密图像，加密后的密文经过有细微噪声的信道后，正确的解密机制都将无法正确解密出原始图像。因此，传统的加密算法仅适用于在无损信道中传输和保护数字图像的安全。而在实际应用中，传输信道会不可避免地会产生一些噪声。因此，研究更加有效的数字图像加密技术成为一个亟待解决的问题。

信号处理领域出现的压缩感知CS采样理论由于打破了Nyquist采样定理的限制，能以低速率对信号进行压缩采样，且对噪声具有鲁棒性。以压缩采样的测量矩阵作为密钥，对图像数据进行加密的技术研究是解决数字图像数据量大及安全保护需求的关键。近年来，基于CS理论的图像加密算法，其主要研究对象是单幅灰度图像或者是彩色图像。然而这种对单一图像加密技术的研究难以适应现在互联网中巨大信息量传输的场景，因此，研究多图加密技术更加符合当前的网络需求，具有实际应用价值。此外，现有的基于CS的双图像压缩加密方法，一方面，其测量矩阵的尺寸随着待压缩图像尺寸的增加而增长，占据大量的存储空间。另一方面，由于CS本质上属于线性测量，需要结合其他有效的加密方法共同保证加密的安全性，因此在加密技术的效率与安全性之间存在着不可调和的矛盾，其中，加密算法越安全，加密速度越慢。因此，降低CS加密的测量矩阵占用空间，探索加密技术在安全性和效率之间的平衡非常有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于半张量积压缩感知的双图像压缩加密方法，能够减少数字图像的数据量、均衡加密安全性和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于半张量积压缩感知的双图像压缩加密方法，包括如下步骤：

(1)预处理过程：对输入的两幅图像分别进行稀疏化处理，生成两个稀疏化的系数矩阵；

(2)置乱过程：对步骤(1)中两个稀疏系数矩阵分别利用不同的混沌序列作混沌置乱处理，得到两个新系数矩阵；

(3)半张量积压缩测量过程：构造半张量积测量矩阵，利用半张量积压缩感知方法对步骤(2)得到的两个新系数矩阵进行测量，从而得到压缩及初步加密的中间密文图像；

(4)扩散过程：对步骤(3)中生成的两幅中间密文图像分别采用位平面重组、DNA平面重组和DNA随机编码的方法进一步增强加密效果，得到最终的密文图像；

(5)解密过程：对步骤(4)的两幅密文图像采用DNA随机编码、DNA平面重组、位平面重组的方法首先初步还原两幅中间明文图像，随后利用并行SL₀算法重构出已置乱的稀疏系数矩阵，最后分别采用混沌逆置乱方法获得两幅原始明文图像。