一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于：首先通过将四维光场图像进行二维化的空间域和角域表示；再分别对子视角光场图像与逻辑映射生成的随机矩阵进行分块处理；然后利用混沌系统的特性对产生的子块进行DNA编码模式选择及运算；最后进行DNA解码处理得到子视角的密文图像，依次处理并去角域化后使用Arnold变换得到最终的光场密文图像。本发明专利技术能够对四维光场图像进行有效的保护，而具有安全可靠性，运行速度快的优点。

A Method of Light Field Image Encryption Based on DNA Sequence and Chaotic System

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法
本专利技术涉及属于数字图像和数字视频处理
，具体为一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法。
技术介绍
随着多媒体和网络技术的快速发展，图像作为数据的典型载体，其信息安全得到了广泛的关注。数字图像加密技术能够有效地解决图像安全问题，数字图像加密是计算机密码学在图像数据信息保护领域的新应用，涉及到图像处理、密码学等技术。与自然图像相比，对三维物体场景的采样信息变得越来越丰富和真实，而其中有代表性的便是光场图像。光场在计算机图形学中有着广泛的研究价值。相机成像技术近年来发展迅速，与传统相机相比，光场相机在相机结构中增加了一系列微透镜阵列作为一种新的三维成像技术，使相机能够记录光传播的方向，同时收集光强信息。光场成像收集从空间中的所有方向传播的光线的空间信息和角度信息，并且它可以重新聚焦并合成多个视图。而且，可以进一步获得物体的形状和深度信息。光场具有代表性并广泛用于计算机摄影学中。目前有多种捕获光场图像的方法，大多数是通过相机阵列或微透镜阵列获得的。L(u,v,s,t)可表示为一般的光场模型，可以将不同的二维平面视为四维的直观表示光场图像。包括二维切片空间域(u,v)和二维切片角域(s,t)表示的两个二维平面切片用于分析四维光场L(u,v,s,t)。通过捕获两个空间(或角度)维度来获取二维切片，这两个维度分别包含空间和角度信息。此外，光场在图像处理研究中带来了许多应用和挑战，例如压缩，显著性检测和质量评估等领域。由于多视图结构，光场图像通常具有更宽的深度和冗余度，这些特征使得光场图像的安全保护比传统的自然图像更加受到特别关注。如今，三维信息的传输、处理和保护也是需要研究和开发的领域。加密手段是确保图像数据机密性的常用方法。目前，现有的图像加密方法主要用于基于空间域中像素置乱和扩散的自然图像。图像加密技术主要包括混沌理论，DNA编码，光学变换和压缩感知。图像加密算法可以根据加密范围分为空间加密和变换域加密，也可以根据加密对象分为像素级加密和位级加密。不同的加密算法在安全性方面具有优缺点。哈尔滨工业大学花忠云提出了基于混沌系统的耦合映射或余弦变换使用二维逻辑正弦的图像加密。东北大学陈俊鑫提出了基于DNA序列和混沌系统加密的安全有效图像彩色光场图像加密的DNA编码方法。南昌大学周南润提出基于分数随机变换的光学加密技术。南京航空航天大学张玉书采用压缩感知进行图像信息安全性保护。但是，现有的加密算法无法直接应用于光场图像。一方面，光场图像获得整个四维光场信息，这是完全不同于传统自然图像。另一方面，将传统加密算法直接应用于高维空间可能会影响图像质量。因此，研究光场图像加密具有很大的实际意义。现如今关于光场图像加密算法的工作比较少。杭州电子科技大学尤素萍提出了一种基于重力模型和Arnold变换的三维图像加密方法，通过使用微透镜记录三维图像加密的空间和方向信息。新加坡国立大学ChenWen在迭代相位检索算法的帮助下，提出了一种新的三维空间信息加密方法。这些用于加密光场图像的方法多数是基于传统算法的改进，并且对于光场图像内部的基本特征分析较少涉及。鉴于现有对光场图像加密方法的不足之处，需要一种系统而有效的光场图像加密方法，以便减少上述缺陷的影响。本专利技术提出一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，光场图像具有高维度特性，通过进行维度转化，使得能够运用DNA序列和混沌系统对降维后图像进行处理，并实现加密。初始光场图像由多个子视角图像构成，将其二维化表示后，从而避免了空间域信息和角域信息冗余产生的一系列问题。该方法属于计算摄影学和信息安全交叉领域。采用这种方案，能够对光场图像进行有效的信息保护。本专利技术涉及一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于：首先通过将四维光场图像进行二维化的空间域和角域表示；再分别对子视角光场图像与逻辑映射生成的随机矩阵进行分块处理；然后利用混沌系统的特性对产生的子块进行DNA编码模式选择及运算；最后进行DNA解码处理得到子视角的密文图像，依次处理并去角域化后使用Arnold变换得到最终的光场密文图像。本专利技术能够对四维光场图像进行有效的保护，而具有安全可靠性，运行速度快的优点。本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，在彩色光场图像分析下，对三个颜色通道分别进行处理；二维空间域和角域平面用来表示四维光场图像，进行维度特征的改变；通过分块操作后运用混沌系统对相应子块进行DNA编解码操作；而后将加密后的子视角光场图像去角域化，使用Arnold变换得到最终的密文图像。分析加密后图像性质和图像特征信息，统计性分析如直方图、信息熵和相关性分析；安全性分析包括密钥空间分析、抵抗差分攻击分析、密钥敏感性分析和抵抗已知/选择明文攻击。使该算法能在实现过程中具有有效可靠的性质。此外，去角域化能很好地将光场图像多视角性质通过二维表示出来，从而很好地对子视角图像空间域平面进行加密处理。当前的工作为进一步将DNA序列和混沌系统方法用于光场图像加密提供了一种可行有效的框架。一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像方法，其特征包含以下步骤：步骤1预处理阶段，处理光场图像的维度特征；步骤2建模阶段，利用逻辑序列生成的随机矩阵和对子视角光场图像分别进行分块处理；根据图像低层次特征，在像素级进行分块；步骤3加密阶段，运用混沌系统的随机性对分成的子块进行DNA编码，并进行DNA运算后进行DNA解码；步骤4将加密后的子视角光场图像进行依次去角域化，使用Arnold变换置乱像素得到最终的光场密文图像，从而实现整体加密过程。进一步优选所述预处理阶段中的图像特征一般是维度特征，需要进行维度上的图像分析。进一步优选，子视角图像和随机矩阵分块处理，根据图像低层次特征，在像素级即空间域平面进行分块操作。进一步优选，随机矩阵由一维逻辑映射所产生，初值参数由明文图像所得。进一步优选，将加密后的子视角光场图像进行依次去角域化，使用Arnold变换得到最终的光场密文图像，从而实现整体加密过程。本专利技术所采用的是通过将多个视角图像进行二维平面化排列达到去角域化的效果，构成整体的图像后使用相应变换进行像素级的置乱，从而使得加密效果更稳定安全。解密过程是加密过程的逆操作。本专利技术能够获得很好的对四维光场图像达到加密的效果，而且具有可靠及安全，运行速度快的特性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征包含以下步骤：步骤1：预处理阶段，处理光场图像的维度特征；步骤2：建模阶段，利用逻辑序列生成的随机矩阵和对子视角光场图像分别进行分块处理；根据图像低层次特征，在像素级进行分块；步骤3：加密阶段，运用混沌系统的随机性对分成的子块进行DNA编码，并进行DNA运算后进行DNA解码；步骤4：将加密后的子视角光场图像进行依次去角域化，使用Arnold变换得到最终的光场密文图像，从而实现加密过程。进一步地，所述预处理阶段中的图像特征是将四维的光场图像进行降维处理表示，原始光场图像包含二维的空间域平面和角域平面。进一步地，在图像空间域平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于包含以下步骤：步骤1：预处理阶段，处理光场图像的维度特征；步骤2：建模阶段，利用逻辑序列生成的随机矩阵和对子视角光场图像分别进行分块处理，根据图像低层次特征，在像素级进行分块；步骤3：加密阶段，运用混沌系统的随机性对分成的子块进行DNA编码，并进行DNA运算后进行DNA解码；步骤4：将加密后的子视角光场图像进行依次去角域化，使用Arnold变换得到最终的光场密文图像，从而实现加密过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于包含以下步骤：步骤1：预处理阶段，处理光场图像的维度特征；步骤2：建模阶段，利用逻辑序列生成的随机矩阵和对子视角光场图像分别进行分块处理，根据图像低层次特征，在像素级进行分块；步骤3：加密阶段，运用混沌系统的随机性对分成的子块进行DNA编码，并进行DNA运算后进行DNA解码；步骤4：将加密后的子视角光场图像进行依次去角域化，使用Arnold变换得到最终的光场密文图像，从而实现加密过程。2.根据权利要求1所述的一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于：所述预处理阶段中的图像特征是将四维的光场图像进行降维处理表示，原始光场图像包含二维的空间域平面和角域平面。3.根据权利要求2所述的一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于：在图像空间域平面将随机矩阵和子视角图像分块处理后，利用混沌系统的随机性将相应子块选择DNA编码模式，并且在二进制位进行DNA运算。4.根据权利要求1所述的一种基于DNA序列和混沌系统的光场图像加密方法，其特征在于：将单个光场图像个场景中的多视角图像进行去角域化后，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：温文媖，魏康康，方玉明，张玉书，杨勇，
申请(专利权)人：江西财经大学，
类型：发明
国别省市：江西,36