[发明专利]一种基于二维元胞自动机的图像置乱方法

权利要求书

1.一种基于二维元胞自动机的图像置乱方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，提取明文图像的像素矩阵I_M×N，M是图像的宽度，N是图像的高度，均以像素计；

步骤2，根据步骤1中明文图像的高度和宽度，令二维元胞自动机水平方向元胞的数量为M，二维元胞自动机垂直方向元胞的数量为N，设定一个大小为M×N个元胞的二维元胞自动机；

步骤3，设定二维元胞自动机的迭代规则；

步骤4，二维元胞自动机的每个元胞在t＝0时刻的状态由随机数发生器产生，t＝0时刻所有成活元胞的集合记为C₀，然后二维元胞自动机依据步骤3设定的迭代规则进行n步迭代；

步骤5，令集合Z为二维元胞自动机内所有元胞都是成活状态，C_i为二维元胞自动机迭代到第i步时所有成活元胞的集合，1≤i≤n，S_i＝∪_0≤j≤iC_j为二维元胞自动机迭代到第i步时所有成活过的元胞的集合，∪为集合的并运算，则图像置乱步骤如下：

步骤5a：建立二维元胞自动机中元胞与明文图像中像素点的一一映射；

步骤5b：将二维元胞自动机t＝0时刻中状态为1的元胞对应的像素点按扫描线顺序排列在置乱图像坐标空间内；

步骤5c：二维元胞自动机迭代到第i步时，将S_i-S_i-1集合中的元胞对应的像素点按扫描线顺序排列在置乱图像坐标空间内，-是两个集合的差运算；

步骤5d：二维元胞自动机迭代到第n步时终止，则将Z-S_n集合中的元胞对应的像素点按照扫描线顺序排列在置乱图像坐标空间内，至此置乱结束，置乱后的图像记为P₁；

步骤6，将置乱后的图像P₁作为明文图像并继续重复执行步骤5一次，得到最终置乱后的图像P₂，至此完成全部两轮图像置乱。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维元胞自动机的图像置乱方法，其特征在于，所述步骤2中该二维元胞自动机每个元胞具有活和死两个状态，分别用1和0表示，每个元胞与其上下左右以及对角线上的元胞组成一个3×3的Moore邻域；对二维元胞自动机边界上的元胞进行周期型边界处理：第0行元胞的状态值等于第N行元胞的状态值，第N+1行元胞的状态值等于第1行元胞的状态值，第0列元胞的状态值等于第M列元胞的状态值，第M+1列元胞的状态值等于第1列元胞的状态值。

3.根据权利要求1所述的一种基于二维元胞自动机的图像置乱方法，其特征在于，所述步骤3中的迭代规则为B3/S1234。

4.根据权利要求3所述的一种基于二维元胞自动机的图像置乱方法，其特征在于，所述迭代规则具体如下：若一个状态为0的元胞，当它的Moore邻域中有3个元胞的状态为1，那么在下一时刻，该元胞的状态为1；若一个状态为1的元胞，当它的Moore邻域中有1个或2个或3个或4个元胞的状态为1，那么在下一时刻，该元胞的状态仍为1；否则，不论该元胞的当前状态为0或1，下一时刻均为0。

5.根据权利要求1所述的一种基于二维元胞自动机的图像置乱方法，其特征在于，所述步骤5a中建立二维元胞自动机中元胞与明文图像中像素点的一一映射，具体如下：坐标位置为(1,1)的元胞对应坐标位置为(1,1)的像素点，坐标位置为(1,2)的元胞对应坐标位置为(1,2)的像素点，…，坐标位置为(M,N)的元胞对应坐标位置为(M,N)的像素点。