[发明专利]基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密、解密方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤1.利用SHA 256哈希函数对大小为m×n的明文图像P进行计算，得到图像秘钥key，并计算一维skew tent混沌映射和zigzag置乱的初始数值；

步骤2.利用离散小波变换对明文图像P进行稀疏处理，得到系数矩阵P1；对系数矩阵P1按照zigzag路径进行置乱，得到置乱后的矩阵P2；通过预设阈值TS，对矩阵P2进行修正，得到修正后的矩阵P3；

步骤3.利用一维skew tent混沌映射生成用于压缩感知的测量矩阵Φ，并对矩阵P3进行测量，得到测量值矩阵P4，其中，明文图像P的压缩率表示为CR，测量矩阵Φ的尺寸为M×N，则M＝CR×m，N＝m，矩阵P4的尺寸为M×n；

步骤4.对矩阵P4的元素进行量化，得到矩阵P5，即为压缩加密之后的密文图像；

步骤5.选择一个大小为m×n的视觉图像作为载体图像CI，并对它实施离散小波变换，得到四个矩阵：低频部分分解系数LL、水平方向分解系数LH、垂直方向分解系数HL和对角线方向分解系数HH，把矩阵P5嵌入其中，再次进行离散小波反变换，得到最终的视觉有意义的密文图像。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密方法，其特征在于：所述步骤1中计算一维skew tent混沌映射和zigzag置乱的初始数值，包含：将图像秘钥key换算为32个十进制数k₁，k₂，…，k₃₂，并计算一维skew tent混沌映射的参数和初始值，和zigzag置乱的初始位置坐标。

3.根据权利要求2所述的基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密方法，其特征在于：一维skew tent混沌映射表示为：

，

其中，r∈(0,1)是系统参数，z∈(0,1)是混沌系统的状态变量；并按照公式：

来计算4个中间参数t_i，i＝1,2,3,4，其中，l_i是预先设定参数，分别代表参数x′₀，y′₀，r′，z′₀，计算得到的t₃和t₄分别代表一维skew tent混沌映射的参数r和初始值z₀；zigzag置乱的初始位置坐标x₀和y₀通过公式：

计算得到，其中，abs(x)表示求x的绝对值，mod为取模运算。

4.根据权利要求1所述的基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密方法，其特征在于：所述步骤2中对矩阵P2进行修正，具体包含：通过预设阈值TS，对P2中的元素进行修正，把小于等于TS的元素变为0。

5.根据权利要求1所述的基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密方法，其特征在于：步骤3中的利用一维skew tent混沌映射生成用于压缩感知的测量矩阵Φ，包含如下内容：

步骤3.1、令其中，d代表采样间隔，r,z₀为一维skew tent映射的参数和初始值，l代表采样长度，n代表采样起点，将步骤1计算得到的一维skew tent混沌映射的参数r和初始值z₀代入一维skew tent混沌映射中，生成混沌序列；

步骤3.2、按照公式对混沌序列的数值进行变换；

步骤3.3、把生成的按列进行排列，得到测量矩阵，尺寸为M×N，

公式中，用于归一化处理。

6.根据权利要求5所述的基于压缩感知的视觉安全和数据安全的图像加密方法，其特征在于：所述步骤3.1中还包含如下内容：将混沌序列的前n-1个数值丢弃，从第n个数值开始，每间隔d个数，取出一个，获取长度为MN的新的序列，作为新替换的混沌序列。