基于龙卷风变换的图像局部置乱方法技术

在诸多领域，每天都产生着大量的图像。为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，设计了一种龙卷风变换，提出了一种基于龙卷风变换的图像局部置乱方法。首先，通过采用龙卷风变换，按照一定的方式，将龙卷风每层的像素值转换为一个向量；其次，对这些向量分别进行随机的循环移位操作；最后，再将循环移位的结果按照一定的方式放至龙卷风每层的像素位置中，实现置乱操作。实验结果表明：该方法通过对感兴趣区域的选取，实现对局部区域的有效置乱，提高了置乱过程的安全性和效率。和效率。和效率。

【技术实现步骤摘要】
基于龙卷风变换的图像局部置乱方法


[0001]本专利技术涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种图像局部置乱方法。

技术介绍

[0002]近年来，人们对网络和信息系统的安全问题越来越重视，图像已成为人们日常生活中重要的信息载体。它可直观、生动地传递大量的信息，广泛应用于通信、军事和医疗领域。然而，由于互联网的开放性，信息在网络传输过程中容易被截获或泄露。数据隐藏和图像加密是保持图像安全的常用方法，但前者由于没有足够大的嵌入容量而受到一些限制。相比之下，图像加密可有效地保护图像。因此，如何有效和安全地加密图像就变得非常重要。
[0003]因为图像具有数据容量大、像素与数据冗余相关性高的特点，所以传统的数据加密算法无法加密数字图像。近年来，基于混沌的各种加密算法被提出，如基于混沌的图像加密、基于压缩感知的图像加密、基于遗传算法的图像加密。随着大数据时代的到来，网络信息传输能力也得到了提高，对加密算法的效率和安全性的要求也进一步提升。
[0004]为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种基于龙卷风变换的图像局部置乱方法。该方法通过对感兴趣区域的选取，实现对局部区域的有效置乱，为实现进一步地图像加密奠定基础，提高了置乱过程的安全性和高效性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的：为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种基于龙卷风变换的图像局部置乱方法。
[0006]本专利技术的技术方案：为实现上述专利技术目的，采用的技术方案为基于龙卷风变换的图像局部置乱方法，置乱步骤详述如下：步骤1：选取图像感兴趣区域：令原始图像为I，其大小为m
×
n，利用边缘计算或手动等方式选取I中矩形感兴趣的图像区域C，其大小为s
×
t；步骤2：计算C的层数：C的最外面一周像素值构成的矩形C1，称为龙卷风的第1层，C的次外层一周像素值构成的矩形C2，称为龙卷风的第2层，
……
，层层递进，直到C的中心位置C
k
，称为龙卷风的第k层；龙卷风的总层数k为：k=min(ceil(0.5
×
s),ceil(0.5
×
t))，（1）其中，min(
•
)是最小值函数，ceil(
•
)是向上取整函数；步骤3：生成混沌序列：Logistic映射为：x
n+1
=rx
n
(1+x
n
），（2）其中，r∈[3.57,4)为控制参数，x
n
∈(0,1)；随机选取r和初始值x0，对公式（2）迭代k次，可得一个长度为k的混沌序列L1；步骤4：混沌序列整数化：利用公式（3）对L1整数化，L2=floor(mod(L1×
10
16
,2
×
(s+t)))，（3）
其中，mod(
•
)表示取模运算，floor(
•
)是向下取整函数，L2为一个长度为k的整数混沌序列；步骤5：龙卷风变换：按照一定的方式，将龙卷风每层的像素值转换为一个向量，对这些向量分别进行随机的循环移位操作；再将循环移位的结果按照一定的方式放至龙卷风每层的像素位置中；步骤6：产生置乱图像：利用龙卷风变换，将C
i
的所有像素值转化为向量H
i
，利用L2和公式（4）对H
i
进行随机的循环移位操作，P
i
=circshift(H
i
,L2(i))，i=1,2,
…
,k，（4）其中，L2(i)∈L2，circshift(H
i
,L2(i))是对H
i
循环移位L2(i)位的函数，P
i
为循环移位后的新向量；再将P
i
中的所有像素值放至龙卷风第i层的像素位置中，实现对C的置乱操作，可得一个大小为s
×
t的置乱图像E；步骤7：产生加密图像：将E替换I中感兴趣的图像区域，可得一个大小为m
×
n的加密图像。
[0007]在解密过程中，利用相同的混沌序列对置乱图像进行操作，可恢复明文图像，解密过程是置乱的逆过程。
[0008]有益效果：为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种基于龙卷风变换的图像局部置乱方法，主要贡献为：（1）利用边缘计算或手动等方式选取原始图像中矩形感兴趣的图像区域，对选取的感兴趣区域进行针对性置乱操作，提高了加密效率；（2）受龙卷风启发，设计了一种龙卷风变换，用于图像置乱；（3）利用龙卷风变换，提出了一种基于龙卷风变换的的图像局部置乱方法；（4）实验结果表明：基于龙卷风变换的图像局部置乱方法在视觉效果、置乱程度等方面取得了良好的结果。
附图说明
[0009]图1：置乱流程图；图2：原始图像；图3：感兴趣的图像区域；图4：加密图像。
具体实施方式
[0010]下面结合具体附图和实例对本专利技术的实施过程进一步详细说明。
[0011]图1是本方法的置乱流程图。
[0012]采用的编程软件为MatlabR2016a，选取图2所示的大小为512
×
512的Couple灰度图像作为实验对象。
[0013]步骤1：选取图像感兴趣区域：令原始图像为I，其大小为512
×
512，利用边缘计算或手动等方式选取I中矩形感兴趣的图像区域C，如图3所示，其大小为320
×
200。
[0014]步骤2：计算C的层数：利用公式（1）计算可得龙卷风的总层数k为100。
[0015]步骤3：生成混沌序列：对公式（2）迭代100次，可得一个长度为100的混沌序列L1。
[0016]步骤4：混沌序列整数化：利用公式（3）对L1整数化，可得一个长度为100的整数混沌序列L2。
[0017]步骤5：龙卷风变换：按照一定的方式，将龙卷风每层的像素值转换为一个向量，对这些向量分别进行随机的循环移位操作；再将循环移位的结果按照一定的方式放至龙卷风每层的像素位置中。
[0018]步骤6：产生置乱图像：利用龙卷风变换，将C
i
的所有像素值转化为向量H
i
，利用L2和公式（4）对H
i
进行随机的循环移位操作，P
i
为循环移位后的新向量；再将P
i
中的所有像素值放至龙卷风第i层的像素位置中，实现对C的置乱操作，可得一个大小为320
×
200的置乱图像E。
[0019]步骤7：产生加密图像：将E替换I中感兴趣的图像区域，可得一个大小为512
×
512的加密图像，如图4所示。
[0020]在解密过程中，利用相同的混沌序列对置乱图像E进行解密操作，可恢复出原始图像，解密过程是置乱的逆过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于龙卷风变换的图像局部置乱方法，其特征在于，置乱过程包括如下步骤：步骤1：选取图像感兴趣区域：令原始图像为I，其大小为m
×
n，利用边缘计算或手动等方式选取I中矩形感兴趣的图像区域C，其大小为s
×
t；步骤2：计算C的层数：C的最外面一周像素值构成的矩形C1，称为龙卷风的第1层，C的次外层一周像素值构成的矩形C2，称为龙卷风的第2层，
……
，层层递进，直到C的中心位置C
k
，称为龙卷风的第k层；龙卷风的总层数k为：k=min(ceil(0.5
×
s),ceil(0.5
×
t))，（1）其中，min(
•
)是最小值函数，ceil(
•
)是向上取整函数；步骤3：生成混沌序列：Logistic映射为：x
n+1
=rx
n
(1+x
n
），（2）其中，r∈[3.57,4)为控制参数，x
n
∈(0,1)；随机选取r和初始值x0，对公式（2）迭代k次，可得一个长度为k的混沌序列L1；步骤4：混沌序列整数化：利用公式（3）对L1整数化，L2=floor(mod(L1×
10
16
,...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，田婧希，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：