一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法，其置乱算法包含：读入灰度图像，将灰度图像转为8个二进制图像矩阵，按照每个矩阵所含1的个数对矩阵进行从多到少排序，第一个矩阵和最后一个矩阵为一组，第二个矩阵和倒数第二个矩阵为一组，以此类推，两两矩阵为一组进行双向zigzag扫描，生成8个二进制一维序列，将其进行一维重排后还原为十进制二维图像矩阵，完成图像的置乱，解密图像即为上述逆过程。本发明专利技术不仅在置乱视觉效果和置乱程度具有良好结果，且抗攻击能力强，有效保障了图像信息的安全性。了图像信息的安全性。了图像信息的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法


[0001]本专利技术涉及图像置乱
，具体涉及一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法。

技术介绍

[0002]互联网的迅速普及已经成为信息时代的重要标志，现如今，任何人可以在任何地点发布任何信息，数字图像的传播途径变得更加广泛，随之而来的图像信息安全问题也更加令人关注。为了保证图像的安全，可以采用图像加密技术，对图像的发送端和接收端分别做加密和解密处理，其中基于空间域置乱的加密技术是比较成熟的加密技术，且操作简单，效果好，被广泛应用在图像的加密处理中。图像的置乱就是按照一定的规则，使得原本有意义的图像变成一幅杂乱无章的图像，把原始信息隐藏起来，这样图像就被加密保护了，即使图像被他人获取，在加密情况下，没有密钥，任何人都获取不了该图像的任何信息，从而大大增强了图像的安全性。
[0003]基于zigzag变换的置乱是较为传统的置乱算法，应用也非常广泛，下面就展开介绍传统zigzag置乱方法。
[0004]传统zigzag置乱指从图像的第一个坐标开始扫描，一直呈z字形路线进行扫描，直到将所有像素点都扫描到，然后将这些像素按照扫描顺序排成一维序列，然后按照某一顺序将一维序列还原成二维图像矩阵，使得图像像素坐标打乱，达到加密图像的效果。但是这种置乱方法不能改变图像的第一个和最后一个像素点的位置，从而难以保障图像信息的安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法，所述置乱算法包括以下步骤：
[0006](1)读入尺寸为N*N的灰度图像，将灰度图像的每个像素点值从十进制转换成二进制，即将原本的一个十进制矩阵I转换成八个二进制矩阵I1,I2…
I8；
[0007](2)按照八个二进制矩阵中所含1的个数对其进行排序，以所含1个数最多者为第一个矩阵平面，含1个数最少者为最后一个二进制平面，方法如下式所示：
[0008]b
i
＝sum(I
i
＝1),i＝1,2
…8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
[0009]a＝[b1,b2,
…
b8]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
[0010]c＝sort(a,'descend')
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.3)
[0011]cell＝[I1,I2,
…
I8]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.4)
[0012]cell'＝cell(:,c)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)
[0013]其中，b
i
表示I
i
中所含1的个数，a表示b
i
的集合，式(1.3)表示将a按照从大到校的顺序排序，c表示得到的顺序，cell为I
i
的集合，cell'为cell按照c的顺序得到的新的二进制矩阵集合；
[0014](3)二进制矩阵进行排序后为I'1,I'2,
…
I'8，将I'1与I'8为一组，I'2与I'7为一组，I'3与I'6为一组，I'4与I'5为一组，每两两为一组进行双向zigzag置乱，以第一组为例，从I'1的点开始扫描，按照z字形，从中心点往左上角扫描，再到I'8的(1，1)点，按照z字形，从左上角往中心点扫描，直到I'8的点结束，按照扫描顺序得到一维序列d1，再从I'1的点开始扫描，按照z字形，从中心点往右上角扫描，再到I'8的(N，N)点，按照z字形，从右下角往中心点扫描，直到I'8的点结束，按照扫描顺序得到一维序列d2，每组都按照这个规则进行扫描得到最终的八个一维序列，分别是d1,d2…
d8；
[0015](4)将八个一维序列排列成8
×
N的二进制矩阵，然后按照列优先的顺序将其排列成1
×
8N2的一维二进制序列；
[0016](5)将(4)中一维二进制序列均匀分为8段，每段数量为i＝N2，分别为e1,e2…
e8，按照式(1.6)生成十进制序列：
[0017]y(i)＝e1(i)*27+e2(i)*26+
…
+e8(i)*20ꢀꢀꢀ
(1.6)
[0018]其中，y表示十进制序列，最后将y按照列优先顺序重排成N
×
N的二维十进制矩阵x，该矩阵即为置乱图像矩阵。上述所有步骤皆为可逆操作，加密图像还原过程即为上述过程的逆操作，即可得到解密图像。
[0019]作为优选，本专利技术可以改变图像所有像素点的位置，保障了图像加密的安全性；
[0020]作为优选，本专利技术结合灰度变换和位置变换，提出将图像从二进制平面进行置乱，增大了置乱图像的信息熵，增强了图像抗统计攻击能力；
[0021]作为优选，本专利技术将图像从两个方向进行zigzag扫描，大大降低了图像的相邻像素间相关性；
[0022]本专利技术方法结合灰度变换和位置变换，提出一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法，通过实验结果和方法分析表明，本专利技术在视觉效果、置乱程度以及抗攻击能力等方面都取得了较好的结果。
附图说明
[0023]下面结合附图和本专利技术的实施方式进一步详细说明：
[0024]图1为一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法的置乱示意图；
[0025]图2为一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法的明文图像；
[0026]图3为一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法的置乱图像和解密图像；
[0027]图4为一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法对图像置乱前和置乱后的相关性分析图，其中，(a)、(b)和(c)分别为置乱前图像的水平方向、垂直方向和对角方向像素分布，(d)、(e)和(f)分别为置乱后图像的水平方向、垂直方向和对角方向像素分布；
[0028]图5为一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法对置乱图像加噪声后的解密图，(a)、(b)和(c)分别为加椒盐噪声0.05、0.1和0.2后的解密图像；
[0029]图6为一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法对置乱图像剪切后的解密图(a)、(b)和(c)分别为剪切1/64、1/16和1/8后的解密图像；
具体实施方式
[0030]下面结合实施实例对本专利技术做进一步详细阐述，具体步骤如下：
[0031]本专利技术采用尺寸为256*256(单位：像素)的“Cameraman”灰度图像为例，即为明文图像，置乱过程如下：
[0032](1)读入尺寸为N*N的灰度图像，将灰度图像的每个像素点值从十进制转换成二进制，即将原本的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二进制双向zigzag变换的图像置乱方法，包括二维灰度图像转换成8个二进制图像矩阵方法(1)、二进制图像矩阵排序方法(2)、双向zigzag扫描方法(3)、一维序列重排(4)和图像矩阵还原(5)，通过传入尺寸为256
×
256(单位：像素)的“House”灰度图像，对图像进行置乱和还原等操作，达到加密图像和完整恢复图像的效果，通过置乱图像效果图、相邻像素间相关性及鲁棒性测试等方面来测试所提发明的有效性。2.根据权利要求1所述的二维灰度图像转换成8个二进制图像矩阵的方法(1)，其特征在于：读入“House”灰度图像，其中，N＝256，将灰度图像的每个像素点值从十进制转换成二进制，即将原本的一个十进制矩阵I转换成八个二进制矩阵I1,I2…
I8。3.根据权利要求1所述的二进制图像矩阵排序方法(2)，其特征在于：按照八个二进制矩阵中所含1的个数对其进行排序，以所含1个数最多者为第一个矩阵平面，含1个数最少者为最后一个二进制平面。4.根据权利要求1所述的双向zigzag扫描方法(3)，其特征在于：二进制矩阵进行排序后为I'1,I'2,
…
I'8，将I'1与I'8为一组，I'2与I'7为一组，I'3与I'6为一组，I'4与I'5为一组，每两两为一组进行双向zigz...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺杭，洪炎，苏静明，许万秋，韦宇豪，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：