基于级联变换的图像加密方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于级联变换的图像加密方法及装置，其中，方法包括：S1：根据混沌序列生成相位掩模；S2：随机生成一实整数矩阵，并与第一幅彩色图像编码，生成全四元数矩阵；S3：根据相位掩模对全四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第一幅值和第一相位；S4：将第一幅值与第二幅彩色图像编码，生成四元数矩阵，并进行幅值截断，得到第二幅值和第二相位；S5：将第一相位与第二相位相乘，并根据相位掩模对四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第三幅值和第三相位；S6：重复执行S4和S5，直至得到最后一幅彩色图像的第N幅值和第N相位。该方法具有较高的传输效率和安全性。

Image encryption method and device based on cascade transformation

【技术实现步骤摘要】
基于级联变换的图像加密方法及装置
本专利技术涉及图像加密
，特别涉及一种基于级联变换的图像加密方法及装置。
技术介绍
在信息化、网络化的社会中，图像、视频、语音等多媒体数据被人们广泛用来进行信息的传递和交流。在微信中，人们之间可以便捷的发送、分享图像、语音等。一方面，这些多媒体数据可能包含个人隐私的信息甚至涉及到企业、国家层面的安全；另一方面，由于这些多媒体数据通过公开的互联网进行传输，而且可以使用编辑软件可以轻松的对图像进行篡改。因此，图像内容保护成为信息安全领域的重要问题。图像加密作为一种保护图像内容的有效技术，自双随机相位加密算法被提出以来，引起了国内外学者的广泛关注。为了提高图像加密系统的传输效率，一些基于相位恢复的图像加密方法相继被提出，但是这类方法由于使用迭代计算相位，整个过程比较耗时，而且主要针对灰度图像。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于级联变换的图像加密方法，该方法能够将多幅彩色图像同时进行加密和传输，具有较高的传输效率和安全性，可应用于可视彩色图像加密领域。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于级联变换的图像加密装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于级联变换的图像加密方法，，包括以下步骤：步骤S1：根据混沌序列生成相位掩模；步骤S2：随机生成一实整数矩阵，并与第一幅彩色图像编码，生成全四元数矩阵；步骤S3：根据所述相位掩模对所述全四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第一幅值和第一相位；步骤S4：将所述第一幅值与第二幅彩色图像编码，生成四元数矩阵，并进行幅值截断，得到第二幅值和第二相位；步骤S5：将所述第一相位与所述第二相位相乘，并根据所述相位掩模对所述四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第三幅值和第三相位；步骤S6：重复执行所述步骤S4和所述步骤S5，直至得到最后一幅彩色图像的第N幅值和第N相位，其中，所述N为正整数。本专利技术实施例的基于级联变换的图像加密方法，使用四元数矩阵表示彩色图像，实现了不同颜色分量的整理处理，级联的四元数Gyrator变换避免了迭代过程，具有更高的效率，将前一幅图像变换后相位与后一幅图像变换前的相位相乘，具有更高的安全性，采用四元数矩阵表示将彩色图像编码为一个整体，从而能够将多幅彩色图像同时进行加密和传输，具有较高的传输效率和安全性，可应用于可视彩色图像加密领域。另外，根据本专利技术上述实施例的基于级联变换的图像加密方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述相位掩模的定义为：其中，μ1为任意的单位纯四元数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述全四元数矩阵为：G1＝h1+if1,R+jf1,G+kf1,B，其中，h1为实整数矩阵，f1,R、f1,G和f1,B表示第一幅彩色图像的红、绿、蓝颜色分量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，幅值与相位的计算公式为：h2＝PT[Q1]，p1＝AT[Q1]，其中，表示旋转角度为α的四元数Gyrator变换，Q1表示表示四元数Gyrator变换的结果，h2为密文，p1为密钥，PT[·]、AT[·]分别表示取幅值和相位。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，四元数Gyrator变换的计算公式为：其中，(u,v)表示频域坐标。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于级联变换的图像加密装置，包括：第一生成模块，用于根据混沌序列生成相位掩模；第二生成模块，用于随机生成一实整数矩阵，并与第一幅彩色图像编码，生成全四元数矩阵；第一调制变换模块，用于根据所述相位掩模对所述全四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第一幅值和第一相位；编码模块，用于将所述第一幅值与第二幅彩色图像编码，生成四元数矩阵，并进行幅值截断，得到第二幅值和第二相位；第二调制变换模块，将所述第一相位与所述第二相位相乘，并根据所述相位掩模对所述四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第三幅值和第三相位；处理模块，用于重复执行所述编码模块和所述第二调制变换模块，直至得到最后一幅彩色图像的第N幅值和第N相位，其中，所述N为正整数。本专利技术实施例的基于级联变换的图像加密装置，使用四元数矩阵表示彩色图像，实现了不同颜色分量的整理处理，级联的四元数Gyrator变换避免了迭代过程，具有更高的效率，将前一幅图像变换后相位与后一幅图像变换前的相位相乘，具有更高的安全性，采用四元数矩阵表示将彩色图像编码为一个整体，从而能够将多幅彩色图像同时进行加密和传输，具有较高的传输效率和安全性，可应用于可视彩色图像加密领域。另外，根据本专利技术上述实施例的基于级联变换的图像加密装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述相位掩模的定义为：其中，μ1为任意的单位纯四元数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述全四元数矩阵为：G1＝h1+if1,R+jf1,G+kf1,B，其中，h1为实整数矩阵，f1,R、f1,G和f1,B表示第一幅彩色图像的红、绿、蓝颜色分量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，幅值与相位的计算公式为：h2＝PT[Q1]，p1＝AT[Q1]，其中，表示旋转角度为α的四元数Gyrator变换，Q1表示表示四元数Gyrator变换的结果，h2为密文，p1为密钥，PT[·]、AT[·]分别表示取幅值和相位。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，四元数Gyrator变换的计算公式为：其中，(u,v)表示频域坐标。本专利技术附加的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上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于级联变换的图像加密方法的流程图；图2为根据本专利技术一个具体实施例的基于级联变换的图像加密方法的流程图；图3为根据本专利技术实施例的测试图像；图4为根据本专利技术实施例的密文图像；图5为根据本专利技术实施例的解密图像；图6为根据本专利技术实施例的基于级联变换的图像加密装置的结构示意图。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，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于级联变换的图像加密方法及装置，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于级联变换的图像加密方法。图1是本专利技术一个实施例的基于级联变换的图像加密方法的流程图。如图1所示，该基于级联变换的图像加密方法包括以下步骤：步骤S1：根据混沌序列生成相位掩模。需要说明的是，本专利技术实施例基于混沌序列和四元数Gyrator变换，提出一种多彩色图像加密方法，其加密流程如图2所示。假设待加密的彩色图像分别为f1(x,y)、f2(x,y)、……、fn(x,y)，其尺寸为N×M，(x,y)表示空间域坐标。具体过程描述如下：具体而言，本专利技术实施例可以使用混沌序列生成一相位掩模，混沌序列定义为，sn+1＝(3.57+sn/4)·sn·(1-sn)给定初始值s0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于级联变换的图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据混沌序列生成相位掩模；步骤S2：随机生成一实整数矩阵，并与第一幅彩色图像编码，生成全四元数矩阵；步骤S3：根据所述相位掩模对所述全四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第一幅值和第一相位；步骤S4：将所述第一幅值与第二幅彩色图像编码，生成四元数矩阵，并进行幅值截断，得到第二幅值和第二相位；步骤S5：将所述第一相位与所述第二相位相乘，并根据所述相位掩模对所述四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第三幅值和第三相位；步骤S6：重复执行所述步骤S4和所述步骤S5，直至得到最后一幅彩色图像的第N幅值和第N相位，其中，所述N为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种基于级联变换的图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据混沌序列生成相位掩模；步骤S2：随机生成一实整数矩阵，并与第一幅彩色图像编码，生成全四元数矩阵；步骤S3：根据所述相位掩模对所述全四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第一幅值和第一相位；步骤S4：将所述第一幅值与第二幅彩色图像编码，生成四元数矩阵，并进行幅值截断，得到第二幅值和第二相位；步骤S5：将所述第一相位与所述第二相位相乘，并根据所述相位掩模对所述四元数矩阵进行调制、四元数Gyrator变换，得到第三幅值和第三相位；步骤S6：重复执行所述步骤S4和所述步骤S5，直至得到最后一幅彩色图像的第N幅值和第N相位，其中，所述N为正整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位掩模的定义为：其中，μ1为任意的单位纯四元数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述全四元数矩阵为：G1＝h1+if1,R+jf1,G+kf1,B，其中，h1为实整数矩阵，f1,R、f1,G和f1,B表示第一幅彩色图像的红、绿、蓝颜色分量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，幅值与相位的计算公式为：h2＝PT[Q1]，p1＝AT[Q1]，其中，表示旋转角度为α的四元数Gyrator变换，Q1表示表示四元数Gyrator变换的结果，h2为密文，p1为密钥，PT[·]、AT[·]分别表示取幅值和相位。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，四元数Gyrator变换的计算公式为：其中，(u,v)表示频域坐标。6.一种基于级联变换的...

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