基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法
【专利摘要】本发明属于数字图像加密领域，公开了基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，包括如下步骤，S1：利用Hilbert变换对原始图像进行置乱处理，即置乱图像中的每一个像素点的位置；S2：利用三维Liu混沌序列对图像像素进行异或运算，即置乱图像的像素值；至此完成加密。本发明密钥空间大，密钥敏感度高，抗明文攻击的能力强，具有较强的安全性以及实用性。
【专利说明】基于Hi Ibert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数字图像加密领域,具体涉及一种基于Hilbert变换和混沛Liu算法的彩色图像加密方法。
【背景技术】
[0002]随着现代通信技术和网络技术的发展，尤其是电子商务的兴起，对信息加密提出了更高的要求，特别是对图像、声音等信息的加密尤为重要。图像加密技术不仅关系到个人的通信隐私问题，一个企业的商业机密和企业的生存问题，而且也关系到一个国家的安全问题。因此，图像的安全与保密显得越来越重要，图像加密技术成为当前计算机图像研究的热点之一。
[0003]现阶段，主要的图像加密方法分为两类:图像像素位置置乱和图像像素值置乱。
[0004]传统图像置乱的方法多种多样，有Arnold变换、Standard映射、Baker变换和魔方变换等。但这些变换要达到每个像素点的置乱往往需要很多轮变换。
[0005]混沌系统具有的良好的伪随机性、复杂的非线性和对初始状态及控制参数的敏感性，使之越来越多的应用于图像加密领域。但是，以往的混沌加密技术大都基于低维混沌系统，算法安全性较低。而且常见的加密算法密钥空间不足，抗攻击能力不强。另外，很多算法的适用范围有限，无法加密高清、彩色、数字图像。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，这种方法使用Hilbert变换对图像像素位置进行置乱，然后结合三维混沌Liu序列对图像像素进行置乱，最后完成对图像的加密。该加密方法的密钥空间大，密钥敏感度高，抗明文攻击的能力强，具有较强的安全性以及实用性。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案:
[0008]一种基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，包括如下步骤:
[0009]S1:利用Hilbert变换对原始图像进行置乱处理，即置乱图像中的每一个像素点的位置；
[0010]S2:利用三维Liu混沌序列对图像像素进行异或运算，即置乱图像的像素值；
[0011]至此完成加密。
[0012]步骤SI的具体过程为:
[0013]Sl-1:选取一幅mXn的彩色图像作为待加密图像，分别提取其RGB三分量生成3个mXn的像素矩阵R、B、G ;
[0014]S1-2:用Hilbert变换对3个像素矩阵R、B、G进行处理，生成置乱矩阵R1, B1, G1 ；
[0015]S1-3:根据需要重复执行S1-2若干次，获得置乱矩阵Rn，Bn, Gn,生成置乱图像，完成图像像素位置的置乱。
[0016]S2的具体步骤为:
[0017]S2-1:选取三维Liu混沌系统的初值(X。，y0, Z0)作为加密密钥，生成3个mXn长的混沌序列X，Y，Z ;
[0018]S2-2:获取置乱图像的置乱矩阵Rn，Bn, Gn,并将其转换为一维矩阵Rnl，Bnl, Gnl ；
[0019]S2-3:分别把一维矩阵Rnl，Bnl, Gnl分别与混沌序列X，Y，Z进行逐位异或运算，生成一维置乱矩阵 R’nl，B’ nl，G’nl;
[0020]S2-4:将一维置乱矩阵R’ nl, B’ nl, G’ nl转换为mXn的二维矩阵R’，B’，G’，生成加密图像，完成图像的加密。
[0021]所述混沌系统是一个三维连续自治系统，其数学模型描述如下:
【权利要求】
1.一种基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤:51:利用Hilbert变换对原始图像进行置乱处理，即置乱图像中的每一个像素点的位置； 52:利用三维Liu混沌序列对图像像素进行异或运算，即置乱图像的像素值； 至此完成加密。
2.根据权利要求1所述的基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤SI的具体过程为: Sl-1:选取一幅mXn的彩色图像作为待加密图像，分别提取其RGB三分量生成3个mXn的像素矩阵R、B、G ; S1-2:用Hilbert变换对3个像素矩阵R、B、G进行处理，生成置乱矩阵R1, B1, G1 ； 51-3:根据需要重复执行S1-2若干次，获得置乱矩阵Rn，Bn, Gn,生成置乱图像，完成图像像素位置的置乱。
3.根据权利要求1所述的一种基于移动趋势多属性判决垂直切换方法，其特征在于，S2的具体步骤为: 52-1:选取三维Liu混沌系统的初值(X(l，y0, z0)作为加密密钥，生成3个mXn长的混沌序列X，Y，Z ; S2-2:获取置乱图像的置乱矩阵Rn，Bn, Gn,并将其转换为一维矩阵Rnl，Bnl, Gnl ； S2-3:分别把一维矩阵Rnl，Bnl, Gnl分别与混沌序列X，Y，Z进行逐位异或运算，生成一维置乱矩阵 R’ nl, B’ nl, G’ nl ； S2-4:将一维置乱矩阵R’ nl, B’ nl, G’ nl转换为mXn的二维矩阵R’，B’，G’，生成加密图像，完成图像的加密。
4.根据权利要求1所述的基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，其特征在于: 所述混沌系统是一个三维连续自治系统，其数学模型描述如下: x=a{y-z)
< j,=Ivc-.....kxz
Z=-CZjThx 其中:a, b, k, c, h为系统参数，当a = 10, b = 40, k = I, c = 2.5, h = 4时,系统处于混沌状态； 混沌系统的初值(x0, y0, z0)作为加密密钥，其中X在区间[O, 3]上遍历，y在区间[O, 3]上遍历，z在区间[30，40]上遍； 图像具体像素点的灰度值变换在O到255之间，混沌系统产生的数值在O到40之间，为扩大混沌效果，将所得的每一个数列值扩大114倍然后对256取模。
5.根据权利要求1所述的基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，其特征在于:解密过程为加密过程的逆过程。
6.根据权利要求5所述的基于Hilbert变换和混沌Liu算法的彩色图像加密方法，其特征在于:解密密钥与加密密钥相同。
【文档编号】G06T1/00GK104182926SQ201410361278
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】辛忠洋, 姚建国 申请人:南京邮电大学