基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法技术

基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，涉及图像信息安全技术领域，解决现有医学图像加密技术加密效率低，无法抵抗已知明文和选择明文攻击的安全缺陷，本发明专利技术提出的基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密解密方法，本发明专利技术利用小波变换对医学图像的感兴趣区域进行处理，实现了图像的频域加密。同时，使用超混沌系统来置乱扩散医学图像的感兴趣区域，从而实现图像在空间域的保护。此外，本发明专利技术设计信息熵密钥更新方法，使密钥不仅与混沌系统的参数有关，而且与明文图像有关，从而能够抵抗已知明文攻击或者选择明文攻击。

Chaotic Encryption Method for Medical Image in Region of Interest Based on Information Entropy Updating Key

【技术实现步骤摘要】
基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法
本专利技术涉及图像信息安全
，具体涉及一种基于信息熵密钥更新方法的感兴趣区域医学图像混沌加密解密方法。
技术介绍
“互联网+”时代的不断发展，让各行各业都进入了信息化发展进程。在这样的时代背景下，为了满足不同地区不同人群的不同需求“互联网+医疗”应运而生。其为解决人们与日俱增的对医疗需求和医疗技术发展不平衡之间的矛盾，以互联网为载体利用日益更新的技术手段，实现了远程医疗、在线问诊和电子健康档案等多种模式的医疗服务。而与此同时这种模式的运营也带来了信息安全问题，面对互联网这种复杂的环境，电子医疗文档在远程传输时总会遇到信息泄露、被窃取、被修改等安全问题。而在信息传输中，医学图像由于其直观显示病人病情，包含信息内容丰富，在电子文档中占据了相当大的比重。为防止其他人通过技术手段非法获取病人信息，需要在信息在传输之前进行加密，以保障图像安全。然而，由于医学图像具有数据量大、格式复杂和相邻像素间的相关性强的特征，传统的加密方法，诸如DES，AES，IDEA，RSA等的加密性能存在着安全性差、效率低以及等缺点不适合医学图像加密。混沌系统所具有的优良特性使其特别适合应用于加密，众学者利用混沌序列对医学图像进行混淆和扩散，实现保护图像信息的目的。与普通数字图像不同，医学图像具有较强的识别性，其通常由包含所有有用信息的感兴趣区域(ROI)和包含无关信息的背景区域组成，全局加密的方案加密效率较低。
技术实现思路
本专利技术为解决现有医学图像加密技术加密效率低，无法抵抗已知明文和选择明文攻击的安全缺陷，提供一种基于信息熵密钥更新方法的感兴趣区域医学图像混沌加密解密方法。步骤一、选择M×N的灰度医学图像作为原始图像Pimg；步骤二、将原始图像Pimg分为大小为n×n的图像块Bs，获得M×N/(n×n)个图像块，s＝1,2,3,...,M×N/(n×n)，其中n为用户根据需求所划分的图像块大小；步骤三、计算步骤二所述图像块Bs内所有像素灰度值的平均值步骤四、感兴趣区域判别，判别方法如下：当平均值时，则图像块Bs为感兴趣区域ROIBr，设置对应的第s个感兴趣区域标志位ROI_flags为1；当平均值时，则该图像块Bs为非感兴趣区域RONI，设置对应的第s个感兴趣区域标志位ROI_flags为0；其中t为感兴趣区域阈值，r为图像感兴趣区域编号，r＝1,2,…,sum(ROI_flags)；sum(ROI_flags)为Pimg中所有被判别为感兴趣区域的图像块的个数；步骤五、将步骤四所述r个感兴趣区域ROIBr进行矩阵重排，变形为长度为n×n的感兴趣区域序列SROIBr；步骤六、将步骤五获得的r个感兴趣区域序列SROIBr按照从上向下的顺序组合成矩阵，获得大小为(n×n)×sum(ROI_flags)感兴趣区域矩阵ROI_M；步骤七、对步骤六所述感兴趣区域矩阵ROI_M进行二维离散小波变换，获得四个小波子带，分别为低频子带ROIcA，高频子带ROIcH、高频子带ROIcV和高频子带ROIcD；步骤八、对步骤七获得的低频子带ROIcA转换为带符号十六位整数，然后进行混沌加密，获得低频子带密文矩阵EnROIcA，具体加密方法如下：步骤八一、由用户设定x0，y0，z0，u0，ω0的值作为低频子带加密密钥；步骤八二、将大小为LL×LH的低频子带ROIcA变形为一维低频子带矩阵SROIcA；计算所述一维低频子带矩阵SROIcA的信息熵H(SROIcA)；采用下式进行信息熵初值的更新，获得混沌系统初值：q0＝(H(SROIcA)+1)/(1+H(SROIcA)+x0+y0)式中q0为混沌系统初值；步骤八三、采用步骤八二所述的q0作为混沌映射系统初值，将混沌映射系统迭代Time1次，生成混沌序列Q；Time1的值大于LL×LH；舍弃所述混沌序列Q的前t1个迭代结果，从第t1+1个值开始顺序选取LL×LH个值作为低频子带置乱序列Q2；并将所述低频子带置乱序列Q2升序排序，并记录索引值，组成索引序列T；步骤八四、将步骤八二中所述的一维低频子带序列SROIcA按照步骤八三获得的索引序列T进行置乱，获得置乱后的低频子带置乱序列CSROIcA；步骤八五、采用高维超混沌系统生成混沌扩散序列Y，舍弃混沌扩散序列Y的前t2个值，从t2+1开始顺序选取LL×LH个值作为低频子带密钥流K，并对K做如下处理：K＝int16(mod(floor(K×104),256))式中，mod为取模函数，floor为向下取整，int16为将矩阵内数值转换为带符号的16位整数；将所述低频子带密钥流K进行下式操作，生成低频子带扩散密钥流K2：K2＝bitxor(K(i1),K)其中i1＝1,2,…,LL×LH；步骤八六、将步骤八五获得的低频子带扩散密钥流K2与步骤八二所述的一维低频子带矩阵SROIcA进行按位异或运算，获得低频子带加密序列K3:将所述低频子带加密序列K3与步骤八四中获得置乱后的低频子带置乱序列CSROIcA进行按比特异或操作，获得低频子带密文序列C；步骤八七、将步骤八六获得的低频子带密文序列C变形，变成大小为LL×LH的低频子带密文矩阵EnROIcA，用下式表示为：EnROIcA＝reshape(C,LL,LH)步骤九、将低频子带密文矩阵EnROIcA与步骤七中所述高频子带ROIcH，ROIcV，ROIcD进行拼接，获得感兴趣区域ROI2；拼接方法如下式：ROI2＝[EnROIcA,ROIcV；ROIcH,ROIcD]；将所述感兴趣区域ROI2进行混沌加密，获得加密后的感兴趣区域密文EnROI；步骤十、将步骤九所述感兴趣区域密文EnROI归一化处理，获得归一化感兴趣密文normal_EnROI，将所述归一化感兴趣密文normal_EnROI转换成16位无符号整数类型，生成16位无符号整数感兴趣区域密文EnROI2；步骤十一、将步骤十所述的16位无符号整数感兴趣区域密文EnROI2，按照步骤四所述判别为感兴趣区域标志位ROI_flags为1的块位置放回，获得最终加密图像EnImg。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密解密方法，本专利技术利用小波变换对医学图像的感兴趣区域进行处理，实现了图像的频域加密。同时，使用超混沌系统来置乱扩散医学图像的感兴趣区域，从而实现图像在空间域的保护。此外，本专利技术设计信息熵密钥更新方法，使密钥不仅与混沌系统的参数有关，而且与明文图像有关，从而能够抵抗已知明文攻击或者选择明文攻击。附图说明图1为本专利技术所述基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法流程图；图2为本专利技术所述基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌解密方法流程图；图3为本专利技术所述基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密解密方法效果图：其中图A为“胸部最大密度投影”灰度医学图像原始图像，图B为“胸部最大密度投影”灰度医学图像加密图像，图C为“胸部最大密度投影”灰度医学图像解密图像；具体实施方式具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，该方法由以下步骤实现：步骤一、取大小为512×512的“胸部最大密度投影”灰度医学图像，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：步骤一、选择M×N的灰度医学图像作为原始图像Pimg；步骤二、将原始图像Pimg分为大小为n×n的图像块Bs，获得M×N/(n×n)个图像块，s＝1,2,3,...,M×N/(n×n)，其中n为用户根据需求所划分的图像块大小；步骤三、计算步骤二所述图像块Bs内所有像素灰度值的平均值

【技术特征摘要】
1.基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：步骤一、选择M×N的灰度医学图像作为原始图像Pimg；步骤二、将原始图像Pimg分为大小为n×n的图像块Bs，获得M×N/(n×n)个图像块，s＝1,2,3,...,M×N/(n×n)，其中n为用户根据需求所划分的图像块大小；步骤三、计算步骤二所述图像块Bs内所有像素灰度值的平均值步骤四、感兴趣区域判别，判别方法如下：当平均值时，则图像块Bs为感兴趣区域ROIBr，设置对应的第s个感兴趣区域标志位ROI_flags为1；当平均值时，则该图像块Bs为非感兴趣区域RONI，设置对应的第s个感兴趣区域标志位ROI_flags为0；其中t为感兴趣区域阈值，r为图像感兴趣区域编号，r＝1,2,…,sum(ROI_flags)；sum(ROI_flags)为Pimg中所有被判别为感兴趣区域的图像块的个数；步骤五、将步骤四所述r个感兴趣区域ROIBr进行矩阵重排，变形为长度为n×n的感兴趣区域序列SROIBr；步骤六、将步骤五获得的r个感兴趣区域序列SROIBr按照从上向下的顺序组合成矩阵，获得大小为(n×n)×sum(ROI_flags)感兴趣区域矩阵ROI_M；步骤七、对步骤六所述感兴趣区域矩阵ROI_M进行二维离散小波变换，获得四个小波子带，分别为低频子带ROIcA，高频子带ROIcH、高频子带ROIcV和高频子带ROIcD；步骤八、对步骤七获得的低频子带ROIcA转换为带符号十六位整数，然后进行混沌加密，获得低频子带密文矩阵EnROIcA，具体加密方法如下：步骤八一、由用户设定x0，y0，z0，u0，ω0的值作为低频子带加密密钥；步骤八二、将大小为LL×LH的低频子带ROIcA变形为一维低频子带矩阵SROIcA；计算所述一维低频子带矩阵SROIcA的信息熵H(SROIcA)；采用下式进行信息熵初值的更新，获得混沌系统初值：q0＝(H(SROIcA)+1)/(1+H(SROIcA)+x0+y0)式中q0为混沌系统初值；步骤八三、采用步骤八二所述的q0作为混沌映射系统初值，将混沌映射系统迭代Time1次，生成混沌序列Q；Time1的值大于LL×LH；舍弃所述混沌序列Q的前t1个迭代结果，从第t1+1个值开始顺序选取LL×LH个值作为低频子带置乱序列Q2；并将所述低频子带置乱序列Q2升序排序，并记录索引值，组成索引序列T；步骤八四、将步骤八二中所述的一维低频子带序列SROIcA按照步骤八三获得的索引序列T进行置乱，获得置乱后的低频子带置乱序列CSROIcA；步骤八五、采用高维超混沌系统生成混沌扩散序列Y，舍弃混沌扩散序列Y的前t2个值，从t2+1开始顺序选取LL×LH个值作为低频子带密钥流K，并对K做如下处理：K＝int16(mod(floor(K×104)，256))式中，mod为取模函数，floor为向下取整，int16为将矩阵内数值转换为带符号的16位整数；将所述低频子带密钥流K进行下式操作，生成低频子带扩散密钥流K2：K2＝bitxor(K(i1),K)其中i1＝1,2,…,LL×LH；步骤八六、将步骤八五获得的低频子带扩散密钥流K2与步骤八二所述的一维低频子带矩阵SROIcA进行按位异或运算，获得低频子带加密序列K3:将所述低频子带加密序列K3与步骤八四中获得置乱后的低频子带置乱序列CSROIcA进行按比特异或操作，获得低频子带密文序列C；步骤八七、将步骤八六获得的低频子带密文序列C变形，变成大小为LL×LH的低频子带密文矩阵EnROIcA，用下式表示为：EnROIcA＝reshape(C,LL,LH)步骤九、将低频子带密文矩阵EnROIcA与步骤七中所述高频子带ROIcH，ROIcV，ROIcD进行拼接，获得感兴趣区域ROI2；拼接方法如下式：ROI2＝[EnROIcA,ROIcV；ROIcH,ROIcD]；将所述感兴趣区域ROI2进行混沌加密，获得加密后的感兴趣区域密文EnROI；步骤十、将步骤九所述感兴趣区域密文EnROI归一化处理，获得归一化感兴趣密文normal_EnROI，将所述归一化感兴趣密文normal_EnROI转换成16位无符号整数类型，生成16位无符号整数感兴趣区域密文EnROI2；步骤十一、将步骤十所述的16位无符号整数感兴趣区域密文EnROI2，按照步骤四所述判别为感兴趣区域标志位ROI_flags为1的块位置放回，获得最终加密图像EnImg。2.根据权利要求1所述的基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，其特征在于，还包括解密方法，具体的解密过程由以下步骤实现：步骤A、将所述加密图像EnImg分为大小为n×n的图像块B2s,共得M×N/(n×n)个图像块，计算所述图像块B2s内所有像素灰度值的平均值步骤B、加密图像的加密区域判别，判别方法如下：当平均值时，则该图像块B2s为加密区域EnROIBk；设置对应的加密区域标志位EnROI_flagk为1；当平均值时，则该图像块B2s为非加密区域；设置对应的加密区域标志位EnROI_flagk为0；k为图像加密区域编号，k＝1,2,…,sum(EnROI_flagk)，其中EnROI_flagk为对应的第k个加密区域的标志位，sum(EnROI_flagk)为EnImg中所有被判别为加密区域的图像块的个数；步骤C、将步骤B中k个加密区域EnROIBk进行矩阵重排，变形为长度为n×n的加密区域序列SEnROIBk；并将k个加密区域序列SEnROIBk按照从上向下的顺序组合成矩阵，得到大小为(n×n)×sum(EnROI_flagk)加密区域矩阵EnROI3，对所述加密区域矩阵EnROI3进行归一化处理，获得归一化加密区域矩阵normal_EnROI3，将归一化加密区域矩阵normal_EnROI3进行反归一化处理，得到反归一化加密区域矩阵EnROI4，对所述反归一化加密区域矩阵EnROI4转换为带符号十六位整数，然后进行解密，得到解密矩阵DeROI，具体解密方法如下：步骤C1、选择x'd0＝10，y'd0＝11，z'd0＝10，u'd0＝10，ω'd0＝10作为加密区域解密密钥；步骤C2、将大小为DLL×DLH的加密区域EnROI4变形为一维加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦青，底晓强，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22