[发明专利]一种面向比特的基于仿生元胞自动机的图像置乱方法

摘要

本发明公开一种面向比特的基于仿生元胞自动机的图像置乱方法，所述方法的置乱步骤为：首先提取明文图像的像素矩阵，然后将明文图像的像素矩阵转换为二进制矩阵，接着给仿生元胞自动机赋初值，仿生元胞自动机根据规则B3/S1234进行K步迭代，最后利用仿生元胞自动机每步迭代的结果实现图像的置乱。本发明方法能同时改变图像中像素位置和像素值，具有良好的置乱效果，而且能够抵抗选择明文攻击。

主权项

1.一种面向比特的基于仿生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IM×N，M是图像的高度，N是图像的宽度，均以像素计；步骤2，将明文图像的像素矩阵IM×N转换为二进制矩阵PM×(w×N)，转换方法为：若明文图像为灰度图像，则w＝8，将每个像素值转换为8位二进制，得到一个M行和8N列的二进制矩阵；若明文图像为彩色图像，则w＝24，将每个像素值转换为24位二进制，得到一个M行和24N列的二进制矩阵；另外，定义一个存放置乱图像的二进制矩阵为CM×(w×N)；步骤3，由伪随机数发生器产生一个有M行和w×N列的随机二进制矩阵RM×(w×N)；步骤4，令仿生元胞自动机水平方向元胞的数量为w×N，仿生元胞自动机垂直方向元胞的数量为M，设定一个大小为M×(w×N)个元胞的仿生元胞自动机；步骤5，设定仿生元胞自动机的迭代规则，令仿生元胞自动机t＝0时刻所有元胞的状态为表示异或运算，仿生元胞自动机在迭代规则的作用下迭代K次，产生K个二进制矩阵，分别为A1,A2,…,AK；步骤6，令(i,j)表示二进制矩阵中元素的位置，A0(i,j)表示二进制矩阵A0中第i行第j列的元素；按照从左往右，从上往下的扫描线顺序，若A0(i,j)＝1，则将二进制矩阵PM×(w×N)中第i行第j列的元素按扫描线顺序一个接一个地排列在置乱图像的二进制矩阵CM×(w×N)中；步骤7，令Al(i,j)表示二进制矩阵Al中第i行第j列的元素；对于l＝1,2,...K的情况，按照从左往右，从上往下的扫描线顺序，若Al(i,j)＝1，则将二进制矩阵PM×(w×N)中之前未被处理过的第i行第j列的元素按扫描线顺序一个接一个地排列在置乱图像的二进制矩阵CM×(w×N)中；步骤8，将二进制矩阵PM×(w×N)中所有未被处理过的元素，按扫描线顺序一个接一个地排列在置乱图像的二进制矩阵CM×(w×N)中，这些未被处理过的元素均满足条件Al(i,j)＝0，l＝0,1,2,...K；至此一轮置乱结束，置乱图像的二进制矩阵CM×(w×N)转换为像素矩阵得到置乱后的图像记为P′；所述步骤4中该仿生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；对仿生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M行元胞的状态值，第M+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w×N列元胞的状态值，第w×N+1列元胞的状态值等于第1列元胞的状态值。