测量矩阵受控的图像压缩感知与图像加密方法

文档序号:6572654
专利名称:测量矩阵受控的图像压缩感知与图像加密方法
技术领域
本发明专利属于信息安全技术领域,特别涉及图像加密技术。
背景技术
伴随着数字产品和互联网的发展,人们越来越依赖于网络系统和网络信息资源,使得网络信息的安全问题日益突出,因此信息安全技术也备受关注,其中密码技术是信息安全的核心。图像作为一种的信息载体,由于其生动形象的特点,广泛应用于各个领域。在一些特殊的应用当中,图像信息作为机密信息需经过加密处理才能进行网络传输,以防止 敏感信息的泄漏。由于图像信息不同于一般的文本信息,它具有数据量较大、占用频带较宽、信息冗余度较大、允许有一定失真度等特点,根据这些特点设计出的图像加密方法具有重要的实用价值。图像加密的目的是隐藏图像本身的真实信息,使窃取者在得到密文后无法获得原始图像,而授权的接收方可用预先约定的密钥和解密方法,对密文进行解密而得到原图像。现有的图像加密技术主要有基于矩阵变换/像素置换的图像加密技术、基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术、基于现代密码体制的图像加密技术和基于混沌的图像加密技术
坐寸ο传统的信号采集和处理过程主要有采样、压缩、传输和解压,其中采样过程必须满足香农采样定理,即采样频率不能低于模拟信号频谱中最高频率的2倍。然而在信息在传输之前信息都要进行压缩,去掉在采集过程中得到的大量冗余信息,这造成了资源的浪费。2006年,Candes热Donoho提出了压缩感知的概念,其核心思想是利用信息空间结构,将压缩与采样合并进行,突破了香农采样定理的瓶颈,可以大大的减了采样点数。压缩感知理论主要包括信号的稀疏表示、编码测量和重构算法。将压缩感知与图像加密相结合,可以达到在对图像加密的同时完成压缩的目的。在压缩感知的概念出现不久了,就有研究者考虑将压缩感知与图像加密相结合,如2008年7 Rachlin和D Baron考虑了攻击者不知道加密矩阵的情况下压缩感知信号等安全性问题,J Orsdemir等在IEEE军事会议上提出了基于压缩感知理论的鲁棒加密概念,AA Kumar热A 在2009年基于压缩感知技术实现了对加密图像的有损压缩,并给出了联合解压缩和解密方法,2009年西安电子科技大学刘丹华和石光明等利用压缩感知理论来解决无线传输中不可避免的丢包现象对图像加密系统的影响,通过设计高斯随即据测量矩阵作为密钥实现对数据的加密,2010年GS Zhang等将压缩感知技术应用于图像加密,2011年日本九州大学Huang热K SaKurai等将压缩感知技术与Arnold变换相结合,提出了鲁棒的数字图像加密方法。现有的基于压缩感知的图像加密算法基本上都是将测量矩阵本身作为加密密钥,这种方案密钥消耗量过大,不易分配、保存和记忆。为了克服这种缺陷,在保证信息论安全性的前提下,本发明专利提出了基于密钥控制压缩感知测量矩阵的图像压缩感知与加密融合方案。该方法可采用较少的密钥消耗量控制测量矩阵的构造,达到在提供较强的安全性的同时完成对图像的压缩的目的。

发明内容
本发明的目的之一是将压缩感知与图像加密相结合,为图像加密技术提供新的途径。本发明的另一个目的是在完成加密的同时对图像进行压缩。本发明的目的之三是增强加密系统的安全性。压缩感知采用非自适应线性投影来保持信号的原始结构,通过数值最优化问题以大概率重构信号。通过密钥控制压缩感知过程中测量矩阵的构造可提供较强的系统安全性,另通过密钥控制一个加密矩阵来加密测量结果,以增强系统安全性。
本发明是通过以下技术方案实现的。(I)本发明的技术方案是利用密钥控制压缩感知过程中测量矩阵的构造以及加密矩阵的构造,实现对图像数据的加密。(2)本发明所述的加密过程是加密过程中通过密钥控制测量矩阵的生成以及加密矩阵的生成来实现加密。主要依据是从空间结构看,大多数信号Z 都可以在合适的稀疏基下稀疏表不,即
权利要求
1.一种基于压缩感知的图像加密方法,其特征是利用压缩感知方法在对图像加密的同时完成压缩。
2.根据权利要求I所述的图像加密方法,其特征是压缩加密过程中,利用混沌系统构造测量矩阵。
3.根据权利要求I所述的图像加密方法,其特征是压缩加密过程中,将混沌系统的初始值作为密钥。
4.根据权利要求I所述的图像加密方法,其特征是按如下步骤实现图像压缩加密和图像解密 (I)图像压缩加密的步骤如下 步骤一将大小为a XA的待压缩加密图像表示为一维序列,长度为#=a Xt并进行稀疏表示,该过程用数学公式表示为 .τ = Ψ a(2-1) 其中表示一个特定的基,是在域的表示,其中只有个大系数或者只有个不为零的系数; 步骤二 按照以下方法构造大小为M\N的测量矩阵,其中为测量数,#〈</¥ ; 采用logistic混沛映射,设seed为初始种子,构造大小为#〈</V的矩阵,并进行QR分解,得到正交矩阵; 采用Lorenz混沛映射,按照以下步骤从上一步骤构造的矩阵中选择%作为Lorenz混沌系统初始值,分别构造出大小为#XU X##,7 X厦的矩阵chaos I,chaos2,chaos3 xc = max (max (Q;))(2-2) Vc = mm(mm(0c))(2-3) zc = hbh (max |β0))(2-4) 通过式p = mod(floor(l O6 ■ max (max (chaosS))) M)+1(2-5) 计算值,从矩阵chaos I中选择第个行向量P ; 将向量作为初始向量,构造大小为的轮转矩阵Φ,该步骤可以表示为 Φ(1,:) = chaos 1( j ,:)(2-6) 从i=2开始按(2-7) (2-8)进行迭代,直到 二M Φ(0) = 2·Φ( -1,¥)(2-7)Φ(ι,2 ;,¥) = Φ( — U :N~l)(2-8) 构造测量矩阵 Φ = 0Φ(2-9)步骤三用测量矩阵Φ对步骤一中求出的a进行测量,该过程可以表示为
全文摘要
一种测量矩阵受密钥控制的图像压缩感知与图像加密方法,将压缩感知应用于图像加密,利用循环矩阵构造测量矩阵,然后通过混沌系统构造循环矩阵的初始向量,实现测量矩阵受密钥控制;根据混沌系统对初值的敏感性,将混沌系统的初始值作为密钥。本发明将过程中,图像压缩和图像加密同时完成,具有较高的安全性。
文档编号G06T1/00GK102833514SQ20121027833
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者周南润, 张艾迪, 吴建华, 张烨 申请人:南昌大学
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