[发明专利]一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法

摘要

本发明提供一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法，将待加密图像划分为任意选定的前景区域和背景区域，通过对图像上任意选定的关键区域和其他区域施加不同强度的加密，从而不仅可以对图像上选定的关键区域提供重点保护，而且又不易暴露图像上的敏感区域所在；且能够对用户选定的任意不规则封闭连通区域进行高强度的加密，而对其他非关键区域则施加一般性的加密，加密方法不仅与用户给定的密钥参数紧密相连，还与待加密图像的明文和选定的不规则封闭连通前景区域属性紧密相连，使得整个加密过程对用户的初始密钥和参数，以及待加密的明文图像以及不规则前景区域极度敏感。

主权项

一种基于前景和背景分离的图像加密方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：将分辨率为M×N待加密图像A划分为任意选定的封闭连通区域S_Fore和其它区域S_Back，即前景区域和背景区域；第2步：提取S_Fore区域的轮廓链码CC，将其作为密钥存储；第3步：计算出待加密图像A的RGB图像像素矩阵A_R、A_G、A_B和轮廓链码CC对应的160位SHA‑1值(A_R)_SHA‑1、(A_G)_SHA‑1、(A_B)_SHA‑1和(CC)_SHA‑1；第4步：利用(A_R)_SHA‑1、(A_G)_SHA‑1、(A_B)_SHA‑1和(CC)_SHA‑1计算出图像像素矩阵和轮廓链码的混合SHA‑1值(CA_R)_SHA‑1、(CA_G)_SHA‑1和(CA_B)_SHA‑1；第5步：将(CA_R)_SHA‑1、(CA_G)_SHA‑1和(CA_B)_SHA‑1组成3×40的2维矩阵，对矩阵进行列优先扫描，依次将2个16进制数合并作为1个字节，得到长度为60的字节序列d＝<d_i|i∈{0,1,…,59}>，由用户给定的随机数种子seed生成{0,1,…,59}上的随机排列，将序列d打乱，得到新的字节序列e；第6步：由序列e和用户给定的密钥a、b、seed随机产生像素矩阵A_R、A_G和A_B的起点坐标(X_R,Y_R)、(X_G,Y_G)和(X_B,Y_B)；第7步：由e、a和b生成初始值x₀和μ以及OCML时空混沌映射中的耦合系数ε和更新函数参数μ₁的具体方法如式(8)～式(11)所示：x₀＝mod((asine₃₆cose₃₇+bsine₃₈cose₃₉+sine₄₀cose₄₁)·10⁵,1)              (8)μ＝3.99+mod((asine₄₂cose₄₃+bsine₄₄cose₄₅+sine₄₆cose₄₇)·10⁵,1)·0.01    (9)μ₁＝3.99+mod((asine₄₈cose₄₉+bsine₅₀cose₅₁+sine₅₂cose₅₃)·10⁵,1)·0.01   (10)ε＝0.5+mod((asine₅₄cose₅₅+bsine₅₆cose₅₇+sine₅₈cose₅₉)·10⁵,1)·0.1      (11)式(8)～式(11)中，e₃₆～e₅₉均为e中的元素；第8步：由x₀和μ计算与图像等大的OCML初始矩阵和结合ε、μ₁驱动OCML时空混沌映射，迭代L轮生成伪随机数序列和将其分别量化为和第9步：由(X_R,Y_R)、(X_G,Y_G)、(X_B,Y_B)、k^R、k^G和k^B对A_R、A_G和A_B的S_Fore区域进行迷宫置换，得到置换后的矩阵P_R、P_G和P_B；第10步：对P_R、P_G和P_B，利用k^R、k^G和k^B进行像素值混淆加密，得到加密后图像的像素矩阵C_R、C_G和C_B，将其写为秘密图像C。