基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法技术

本发明专利技术提出一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法，包括：对载体图像进行多分辨率奇异值分解；使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作；将置乱后的秘密图像分解为第一子图像和第二子图像；分别将第一子图像和第二子图像作为载体图像第一方向和第二方向的细节成分，进行多分辨率奇异值分解的逆变换，以得到包含秘密图像的载体图像。本发明专利技术的加密方法使用多分辨率奇异值分解而增加了密钥空间，从而有效提升加密的安全性和可靠性，适于在保密通信中使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，特别涉及一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法。
技术介绍
随着互联网技术和移动通信技术的不断发展，图像的获取和传播变得日益便捷。然而，这些图像可能包含某些隐私或机密信息，如何保证这些重要信息在图像传输和使用过程中的安全性成为一个重要问题。图像加密作为一种有效的技术，能够为多媒体数据的安全通信提供一种可靠保证。图像加密算法一直以来备受国内外学者的关注，各种图像加密算法层出不穷。一般而言，加密算法通常对像素的灰度值或者空间位置进行操作，这些算法大致分为基于空域的加密算法和基于频域的加密算法。其中，基于空域的加密算法采用AES技术、混沌序列等技术；而基于频域的加密算法，往往采用分数级Fourier变换、Gyrator变换等。然而，现有的图像加密算法通常是将有意义的图像变为一种视觉上毫无意义的密文信息；这种无意义的信息很容易引起攻击者的察觉和恶意攻击，导致秘密信息的破坏、泄露。为了克服这一问题，一种基于离散小波变换(DiscreteWaveletTransform，DWT)的有意义图像加密算法应运而生。但是，对图像进行一次离散小波分解后，每个方向分辨率通常为原图像分辨率的1/2，在分解形式上比较单一。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法。该方法使用多分辨率奇异值分解而增加了密钥空间，从而有效提升加密的安全性和可靠性，适于在保密通信中使用。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密系统。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的实施例公开了一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法，包括以下步骤：对载体图像进行多分辨率奇异值分解；使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作；将置乱后的秘密图像分解为第一子图像和第二子图像；分别将所述第一子图像和所述第二子图像作为所述载体图像第一方向和第二方向的细节成分，进行所述多分辨率奇异值分解的逆变换，以得到包含所述秘密图像的载体图像。根据本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法具有较高的安全性，同时能够抵抗一定程度的噪声，可应用于图像的保密通信中。另外，根据本专利技术上述实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述对载体图像进行多分辨率奇异值分解，进一步包括：将所述载体图像分成不重叠的尺寸为p×q个图像块，并将每个图像块排列成pq×1的向量后通过堆叠列生成矩阵(X1)pq×(mn/pq)，其中，所述载体图像的尺寸为m×n；计算所述矩阵X1的散布矩阵，其中，所述散布矩阵为：其中，中心化矩阵所述散布矩阵T1的尺寸为pq×pq；对所述散布矩阵T1进行奇异值分解，得到：其中，所述U1和所述V1为大小为pq×pq的正交矩阵，所述S1为降序形式排列的奇异值，其中，s1(1)≥s1(2)≥...≥s1(pq)；构建矩阵其中，的每一行可被重新排列形成(m/p)×(n/q)的矩阵，对应最大特征值的近似分量，表示图像的低频信息，所述的剩余行对应其余特征值的细节分量，表示图像的高频信息。在一些示例中，所述使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作，进一步包括：使用混沌序列(xn,yn)构建序列μn以对所述秘密图像进行置乱，其中，所述混沌序列为：xn+1=1+yn-αxn2yn+1=βxn,]]>其中，所述α＝1.40，所述β＝0.20，所述序列μn为：μn＝mod((xn-yn)×103,256)，其中，mod(·)表示为取余运算，在置乱时，按照序列μn的降序进行置乱操作。在一些示例中，所述将置乱后的秘密图像分解为第一子图像和第二子图像，进一步包括：将置乱后的秘密图像进行取整、取余操作，以将置乱后的秘密图像分解成所述第一子图像和第二子图像。在一些示例中，所述载体图像第一方向为所述载体图像多分辨率奇异值分解的垂直方向和对角方向中的一个，所述载体图像第二方向为所述载体图像多分辨率奇异值分解的垂直方向和对角方向中的另一个。在一些示例中，还包括：对包含所述秘密图像的载体图像进行解密，其中，解密过程为加密过程的逆过程。本专利技术第二方面的实施例公开了一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密系统，包括：奇异值分解模块，用于对载体图像进行多分辨率奇异值分解；置乱模块，用于使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作；图像分解模块，用于将置乱后的秘密图像分解为第一子图像和第二子图像；加密模块，用于分别将所述第一子图像和所述第二子图像作为所述载体图像第一方向和第二方向的细节成分，进行所述多分辨率奇异值分解的逆变换，以得到包含所述秘密图像的载体图像。根据本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密系统具有较高的安全性，同时能够抵抗一定程度的噪声，可应用于图像的保密通信中。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法的流程图；图2是本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法所使用的测试图像示意图；图3是本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法中载体图像多分辨率奇异值分解和重建结果示意图；图4是本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法的图像加密及解密结果示意图；图5是使用本专利技术实施例的方法在噪声下的解密结果示意图；图6是本专利技术实施例的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密系统的结构框图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：对载体图像进行多分辨率奇异值分解；使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作；将置乱后的秘密图像分解为第一子图像和第二子图像；分别将所述第一子图像和所述第二子图像作为所述载体图像第一方向和第二方向的细节成分，进行所述多分辨率奇异值分解的逆变换，以得到包含所述秘密图像的载体图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法，其特征在于，包括
以下步骤：
对载体图像进行多分辨率奇异值分解；
使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作；
将置乱后的秘密图像分解为第一子图像和第二子图像；
分别将所述第一子图像和所述第二子图像作为所述载体图像第一方向和第二方向
的细节成分，进行所述多分辨率奇异值分解的逆变换，以得到包含所述秘密图像的载
体图像。
2.根据权利要求1所述的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法，
其特征在于，所述对载体图像进行多分辨率奇异值分解，进一步包括：
将所述载体图像分成不重叠的尺寸为p×q个图像块，并将每个图像块排列成pq×1的
向量后通过堆叠列生成矩阵(X1)pq×(mn/pq)，其中，所述载体图像的尺寸为m×n；
计算所述矩阵X1的散布矩阵，其中，所述散布矩阵为：
T1=X‾1X‾1T,]]>其中，中心化矩阵所述散布矩阵T1的尺寸为pq×pq；
对所述散布矩阵T1进行奇异值分解，得到：
T1=U1TS1V1,]]>其中，所述U1和所述V1为大小为pq×pq的正交矩阵，所述S1为降序形式排列的奇异
值，其中，s1(1)≥s1(2)≥...≥s1(pq)；
构建矩阵其中，的每一行可被重新排列形成(m/p)×(n/q)的矩阵，对应最大特征值的近似分量，表示图像的低频信息，所述的剩余行对应其余特征值的细
节分量，表示图像的高频信息。
3.根据权利要求1所述的基于多分辨率奇异值分解和混沌序列的图像加密方法，
其特征在于，所述使用混沌序列对秘密图像进行置乱操作，进一步包括：
使用混沌序列(xn,yn)构建序列μn以对所述秘密...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵珠宏，尚媛园，付小雁，丁辉，周修庄，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11