一种基于集成成像和多混沌系统的三维信息加密方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及信息安全领域，更具体地说，特别设及一种基于集成成像和多混浊系 统的Ξ维信息加密方法。
【背景技术】
[0002] 集成成像是一种利用微透镜阵列记录和再现Ξ维场景的Ξ维立体技术，其包括拍 摄和显示两个过程。拍摄过程利用微透镜阵列获取Ξ维场景的立体信息，生成微图像阵列； 显示过程将微图像阵列通过相同参数的微透镜阵列，在一定距离处重建出Ξ维场景。混浊 系统是一种非线性系统，其表现出复杂的伪随机性，且对初始条件及控制参数极其敏感，可 W用于信息加密等领域。但是利用混浊系统进行加密时存在由于计算机精度有限导致混浊 序列随机性不佳等问题，因此仅有有限的抗干扰和攻击能力，从而限制了混浊系统在信息 加密中的应用。
【发明内容】
[0003] 本发明提出一种基于集成成像和多混浊系统的Ξ维信息加密方法，该方法利用集 成成像原理对Ξ维场景进行记录，并利用多混浊系统进行加密，实现具有较强抗干扰和攻 击能力的Ξ维信息加密效果。该方法包括Ξ维场景的记录和微图像阵列的加密两个过程。 具体流程如附图1所示。Ξ维场景的记录过程，根据集成成像原理，采用相机(含摄像机和 照相机）阵列对Ξ维场景进行拍摄，获得图像元，进而合成微图像阵列；微图像阵列的加密 过程，对微图像阵列采用多混浊系统进行图像加密，得到密文微图像阵列，用于解密及集成 成像再现。
[0004] 所述Ξ维场景的记录过程，根据集成成像原理，采用相机阵列对Ξ维场景进行拍 摄，获取Ξ维场景的Ξ维信息，在CCD上得到图像元，进而合成微图像阵列，如附图2所示。 i/XAl"相机在水平与垂直方向上并行排列（其中水平方向包含的相机个数为做垂直方向 包含的相机个数为Λ0,假设相邻相机之间等间距，集成成像拍摄中屯、深度平面到相机阵列 的距离为Λ则巧馬足：
(1) 其中，分村目机镜头与CCD之间的距离，/为相机镜头的焦距。
[0005] 利用不同位置相机记录Ξ维场景不同角度的信息，在CCD上得到i/X屬畐图像，对 每幅图像裁剪多余的像素，从而获得i/X屬畐图像元。假设索引为前相机拍摄；维场景 处理得到的图像元为屯d，因此微图像阵列表示为：
其中，A为每幅图像元水平方向包含的像素个数，K为每幅图像元垂直方向包含的像素 个数，A每为图像元像素坐标，jO= 0，1，...，A-1，ζ?· = 0，1，...，广1。
[0006] 所述微图像阵列的加密过程，利用Logistic混浊系统、Henon混浊系统和化en混 浊系统组成多混浊系统，对微图像阵列进行加密，得到密文微图像阵列。假设微图像阵列由 R、G和BΞ个分量组成，其中R分量表示为，G分量表示为&，B分量表示为6,且R、G和 B分量大小均为化对R分量利用Logistic混浊系统进行加密。指定两个Logistic混 浊系统，分别表示为：
其中，?= 1，2，...，尸X供a和A为系统参数。假设所有像素灰度值之和为 况/皿吁，对况/曲位进行处理得到辅助密钥r，则r满足：
(5) 其中衫3图像比特位数。对选定初值条件xli和记1进行变换得到/ 1和记/ 1， 其满足：
将XI/1和记/1作为Logistic混浊系统最终初始条件，利用公式（3)、（4)进行迭 化生成两组长度均为W嫌]实数混浊序列U1 /J和{:记/J。对U1 /J和{:记/J 进行变换，生成两组改进的实数混浊序列和{乃,}，其满足：
将速换为一维序列毎U)，利用混浊序列和对毎U)进行处理，生成新的 序列毎/U)，其满足：
优选地，为了避免加密过程出现的错误，参数4值取为12。
[0007] 对微图像阵列G分量&利用化non混浊系统进行加密，其中化non混浊系统表示 为：
其中，f= 1，2，...，尸X供C和幼系统参数，巧和A为系统初值。利用公式（11)迭 代生成两组长度为尸X嫌]序列U}和{如，将{相的子集 巧?/7加^(巧<〇/巧巧1 与{如的子集U,A，…，卸,。。^^0/3：)J进行交换，生成两组序列{%/ } 和{"/ }。将A转化为一维序列AU)，利用混浊序列{%/ }和{"/ }对AU)进行处 理，生成新的序列《/U)，其满足：
优选地，为了避免加密过程出现的错误，参数A值取为12。
[0008] 对微图像阵列B分量6利用化en混浊系统进行加密，其中化en混浊系统的动力 学方程表示为：
(13) 其中，为系统参数。指定系统初值乂1、术1和^1，利用化en混浊系统得到Ξ组混 浊序列UJ、{rj和bjU= 1，2，...，尸X0。将6转化为一维序列AU)，利用混浊 序列UJ和{rj对AU)进行处理，生成新的序列U)，可表示为：
(14) 优选地，为了避免加密过程出现的错误，参数A值取为12。
[0009] 将Ξ个一维序列毎/U)、《/U)和U)分别变换为尸X巧E阵巧/Ur) (i=l，2，3)，组合生成密文微图像阵列(X，r)，可表示为：
(15) 其中，曲二 1, 2,...,尸,打二 1, 2,...,化
[0010] 本发明通过Ξ维场景的记录和微图像阵列的加密两个过程，根据集成成像原理采 用相机阵列对Ξ维场景进行拍摄，获得图像元，进而合成微图像阵列，对微图像阵列采用多 混浊系统进行图像加密，实现Ξ维信息的加密。
【附图说明】
[0011] 附图1为本发明提出的一种基于集成成像和多混浊系统的Ξ维信息加密方法流 程图 附图2为Ξ维场景记录过程示意图 附图3为微图像阵列加密结果示意图，其中右下角为局部放大图 上述附图中的图示标号为： 1Ξ维场景，2集成成像拍摄中屯、深度平面，3微透镜阵列，4微图像阵列。
[0012] 应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
【具体实施方式】
[0013] 下面详细说明本发明的一种基于集成成像和多混浊系统的Ξ维信息加密方法的 一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，W下实施例只用 于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根 据上述本
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0014] 所述Ξ维场景的记录过程，根据集成成像原理，采用相机阵列对Ξ维场景进行拍 摄，获取Ξ维场景的Ξ维信息，在CCD上得到图像元，进而合成微图像阵列，如附图2所示。 i/XyV= 25X22个相机在水平与垂直方向上并行排列（其中水平方向包含的相机个数为25， 垂直方向包含的相机个数为22)，假设相邻相机之间等间距，集成成像拍摄中屯、深度平面到 相机阵列的距离为Λ则巧馬足：
(1) 其中，73. 4mm为相机镜头与CCD之间的距离，/= 50. 0mm为相机镜头的焦距，可W求得 7 = 157mm。
[0015] 利用不同位置相机记录Ξ维场景不同角度的信息，在CCD上得到25X22幅图像， 对每幅图像裁剪多余的像素，从而获得25X22幅图像元。假设索引为i，7前相机拍摄Ξ维 场景处理得到的图像元为屯d，因此微图像阵列表示为：
(2) 其中，A= 400为每幅图像元水平方向包含的像素个数，K= 400为每幅图像元垂直方 向包含的像素个数，A每为图像元像素坐标，/?=〇，1，...，399，ζ?·=0，1，...，399。 微图像阵列如附图3 (a)所示。
[0016] 所述微图像阵列的加密过程，利用Logistic混浊系统、Henon混浊系统和化en混 浊系统组成多混浊系统，对微图像阵列进行加密，得到密文微图像阵列。假设微图像阵列由 R、G和BΞ个分量组成，其中R分量表不为G分量表不为&，B分量表不为6,且R、G和 B分量大小均为10000X8800。对R分量利用Logistic混浊系统进行加密。指定 两个Logistic混浊系统，分别表示为：
其中，f= 1，2，. . .，10000X8800,a= 3. 96 和A= 3. 85 为系统参数。初值xli