[发明专利]一种基于整数小波变换和压缩感知的图像加密方法

说明书

本发明提出一种基于整数小波变换和压缩感知的图像加密方法，解决了当前基于压缩感知的空域图像加密方法在压缩感知后直接进行载体嵌入的方式存在加密安全性不足的问题，该方法对明文图像进行预处理，利用混沌系统生成的随机序列与明文图像信息相关联，能有力抵抗已知明文攻击和选择明文攻击；然后对预处理后的明文图像进行稀疏处理，并依次进行置乱操作；生成测量矩阵，利用测量矩阵对置乱操作后的明文图像进行压缩感知，在嵌入载体图像前，执行扩散操作，进一步提高图像加密的安全性，最后利用整数小波变换得到频率系数，对载体图像进行嵌入操作，而后执行逆整数小波变化，降低因频域变换而导致的数据丢失，提高了图像信息的加密安全性。

技术领域

本发明涉及图像加密的技术领域，更具体地，涉及一种基于整数小波变换和压缩感知的图像加密方法。

背景技术

随着互联网技术和社会媒体的迅速发展,越来越多的多媒体信息在互联网上生成与传播。在这些数字信息中，数字图像是可以用可视化的方式传递信息的一种信息格式，但这些数字图像中会存在某些隐私图像，隐私图像在网络上传输会有一定的风险。为了防止这些包含大量的隐私信息的数字图像被未经授权的人获取或者利用,图像加密作为有效手段引起了极大关注。

数字图像加密按照加密域的不同,可以分为频域加密和空域加密两类方式。空域加密是指将数字图像作为二维矩阵,从空间的角度对二维矩阵进行可逆变换。常用的空域图像加密方案包括置乱和扩散两个阶段，频域是相对于图像的空域而言的，是从频域空间对图像进行处理，一般的可以利用离散余弦变换、快速傅立叶变换以及小波变换等变换方法来实现图像空域和频域之间的转换。频域加密方案的特点是加密速度快，但是通常属于有损加密,即解密图像与明文图像存在少量差异。

压缩感知理论是一种新型的信号采样理论，能够通过设置欠定线性系统来有效地捕获和恢复信号。压缩感知理论探索在更低的采样率下，如何实现相同的信号重构精度。由于数字图像是具有高冗余属性的，所以在对图像进行处理时，会产生一些不必要的过程。压缩感知刚好可以减少数据的冗余性。在进行数据传输之前，密文图像如果可以进一步被压缩，不仅可以提高效率，而且会更适用于宽带有限的传输信道。加密后的图像具有类纹理或是类噪声的特征，而这些特征会引起攻击者的注意力，这便提高了加密后的图像信息在传输中的攻击率。图像隐藏技术或可减少这种潜在的攻击威胁，与信息隐藏技术相结合，把原始图像加密后嵌入到进行处理后的载体图像中，实现了在视觉上是有意义的图像加密技术，在某种程度上降低了图像被攻击的可能性。

2019年2月19日，公布号为CN109360141A的中国发明专利中公开了一种基于压缩感知和三维猫映射的图像加密方法，首先根据明文图像的像素平均值计算三维猫映射混沌系统的初始状态值和系统参数，然后对明文图像的稀疏系数矩阵进行置乱，构建测量矩阵并对置乱后的稀疏系数矩阵进行压缩测量，得到密文图像，基于载体图像，利用嵌入算法将密文图像嵌入到载体图像后得到视觉安全图像，使密文图像在视觉上安全，且避免了频域加密方法最后得到的解密图像与明文图像存在差异的弊端，但该方法中利用压缩感知后直接得到了密文图像，然后就进行了嵌入，加密安全性方面仍有待考量。

发明内容

为解决当前基于压缩感知的空域图像加密方法在压缩感知后直接进行载体嵌入的方式存在加密安全性不足的问题，本发明提供一种基于整数小波变换和压缩感知的图像加密方法，利用整数小波变换可实现可逆性，降低因频域变换而导致的数据丢失，提高了图像信息的加密安全性。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于整数小波变换和压缩感知的图像加密方法，包括：

S1.选定混沌系统，设置混沌系统的初始值，确定大小为M×N及像素和为S的明文图像P，对明文图像P进行预处理；

S2.将M、N、S和初始值代入混沌系统进行迭代，生成随机序列，并经过预处理和量化处理后得到量化随机序列；