隨著寬帶網(wǎng)的發(fā)展，圖像數(shù)據(jù)開始在網(wǎng)上流行，基于有些圖像數(shù)據(jù)的敏感性，因而圖像數(shù)據(jù)的保護(hù)越來越受到關(guān)注。圖像融合技術(shù)是利用圖像灰度值進(jìn)行插值融合的新技術(shù)，利用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)灰度圖像的融合。我們?cè)趫D像融合技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合混沌序列的偽隨機(jī)特性，給出了一種基于混沌序列的圖像文件加密技術(shù)，同時(shí)，結(jié)合給出的圖像文件加密效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法是一種高效、穩(wěn)定的圖像文件加密技術(shù)。

二、圖像融合技術(shù)

基于圖形( Graphics)的融合技術(shù)主要是應(yīng)用線性插值技術(shù)進(jìn)行不同圖形之間的融合過渡。對(duì)于圖像(Image)的融合可以將圖形的融合技術(shù)應(yīng)用于圖像的處理上，但由于圖像的復(fù)雜程度遠(yuǎn)大于圖形，所以應(yīng)用這些技術(shù)時(shí)，算法效率很低，而且，一般只能得到近似計(jì)算。

從構(gòu)成圖像的像素角度考慮，基于圖像的像素灰度值，可以在兩幅同等大小的圖像之間進(jìn)行線性插值，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩幅圖像的快速融合，具體方法是：對(duì)兩幅同樣大小的圖像進(jìn)行插值融合，記原圖像為F，目標(biāo)圖像為D，插值結(jié)果圖像為E，兩幅圖像上對(duì)應(yīng)像素(i，j)的灰度值分別記為F(i，j)和O(i，j)，其中F(i，j)為原圖像在(i，j)處的像素灰度值，O(i，j)為目標(biāo)圖像在(i，j)處的像素灰度值。插值的方程為：

根據(jù)以上公式計(jì)算出的E(i，j)即為插值結(jié)果圖像在(i，j)處的灰度值，當(dāng)v的值從0變化到l時(shí)，相應(yīng)的結(jié)果圖像從原圖像F變化到目標(biāo)圖像O。圖1即是根據(jù)以上方法進(jìn)行融合的結(jié)果，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)v的值等于1時(shí)，得到的結(jié)果圖像即為目標(biāo)圖像。

二、圖像文件加密技術(shù)

在利用混沌序列進(jìn)行圖像文件加密的算法中，基于加密算法安全性的要求，一般多采用類似于密碼學(xué)中的Feistel型結(jié)構(gòu)，通過循環(huán)迭代的加密，逐步增加加密圖像的混亂程度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的加密。通過圖1圖像融合的圖例可以發(fā)現(xiàn)，在圖像融合的中間過程，結(jié)果圖像具有一定程度的混亂。根據(jù)這一結(jié)果，結(jié)合混沌序列良好的偽隨機(jī)性，可以將這種方法應(yīng)用于圖像文件加密，具體方法是：取兩幅同樣大小的圖像，其中需要加密的圖像稱為原圖像Image，另一幅圖像稱為密銅圖像Kinrage，根據(jù)圖像大小生成的混沌序列記為：

{ai，j}，i=1,2，…，M，j=1，2，…，N，其中M×N是圖像的大小．對(duì)混沌序列進(jìn)行歸一化處理，利用混沌序列對(duì)兩幅圖像進(jìn)行融合，融合過程為：

則得到具有一定混亂度的倒像Enimage，根據(jù)加密的需要進(jìn)行迭代加密，則得到最終的加密圖像文件。結(jié)合傳統(tǒng)的圖像融合算法，給出直接應(yīng)用圖像融合技術(shù)的數(shù)寧圖像加密算法如下：

圖像加密算法1：基于圖像融合的圖像加密算法

Step1：輸入密鑰圖像Kinrage和原圖像Image，同時(shí)給出混沌序列的初始值ao。

Step2：根據(jù)圖像生成相應(yīng)的混沌序列，對(duì)混沌序列的值進(jìn)行歸一化處理，使其滿足：

Step3：利用混沌序列{ai}對(duì)兩幅圖像進(jìn)行融合加密，得到Enimage。

Step4：定義Enimage為新的原圖像，Image為新的密鑰劇像，返回Step2。直到迭代加密過程完成。

以上圖像加密算法中，每一次循環(huán)加密可采用不同的混沌序列，也可采用相唰的混沌序列，密鑰定義為密鑰圖像和混沌序列的初始值。

利用圖像加密算法1加密圖像文件的圖例如下圖2，其中混沌序列為Logistic映射：0。

通過圖2可以看出，利用圖像加密算法1加密的效果很不理想，分析原因，主要有以下幾點(diǎn)：

一、在圖像文件加密過程中所應(yīng)用的混沌序列進(jìn)行了歸一化，這與圖像融合技術(shù)保持一致，但在加密過程中，這造成Enimage(i，j)必然介于Image(i，j)與Kimage(i，j)的灰度值之間，不管迭代多少次，這樣的限制條件都無法改變。

二、利用密鑰圖像作為整個(gè)加密系統(tǒng)的部分密鑰，這樣就造成密鑰所占空間過大1，傳輸?shù)某杀鞠鄳?yīng)增加，從而影響到算法的實(shí)際使用?；谝陨戏治?，我們給出改進(jìn)的基于圖像融合技術(shù)的數(shù)字圖像加密算法。

在改進(jìn)的圖像加密算法中，設(shè)需加密圖像為Image，大小為M×N，根據(jù)圖像生成混沌序列記為：

{ai，j}，i=1，2，…，M，j=1，2，…，N，對(duì)該混沌序列進(jìn)行簡單的離散化如下：

A（i，j）= round（ai，j×256）

如果將矩陣A看成是圖像的灰度矩陣，則可由混沌序列生成一幅灰度圖像Kimage，作為即將加密的密鑰圖像，現(xiàn)在，根據(jù)加密需要生成融合過程的混沌序列{bi，j}，i=1，2，…，M，j=1，2，…，N，進(jìn)行計(jì)算：

在以上融合計(jì)算中，在插值系數(shù)bi，j前乘2的原因有以下兩點(diǎn)：

一、可以使結(jié)果圖像的灰度值范圍不受限制條件的約束；

二、在計(jì)算機(jī)中，乘2的計(jì)算效率很高，保證不影響算法的效率。

圖像加密算法2：改進(jìn)的基于圖像融合的圖像加密算法

Stcp1：輸入原圖像Image，同時(shí)給出混沌序列的初始值ao和b0。

Step2：根據(jù)ao生成混沌序列{ai，j}，i=1，2，…，M，j=1，2，…，N，離散化后得到密鑰圖像kimage的灰度矩陣。

Step3：生成相應(yīng)的混沌序列{bi，j}，i=1，2，…，M，j=1，2，…，N。

Step4：利用混沌序列{bi，j}對(duì)Image和Kimage進(jìn)行融合加密，得到加密圖像Enimage；

Step5：定義Enimage為新的原圖像，Image為新的密鑰圖像，返回Step2。直到迭代加密過程完成。

圖像文件解密過程為圖像文件加密的逆過程，根據(jù)捅值公式(3)分析可知，在得到相同的混沌序列的前提下，相應(yīng)的解密過程為：

其中，當(dāng)bi，j時(shí)，則Image(i, j)=Kimoge（i,j）。可以發(fā)現(xiàn)，公式(3)和公式(4)除了插值的系數(shù)不同外，在形式上是一樣的，說明解密過程也是一種插值過程，所以根據(jù)公式(4)，參考算法2，可以得到相應(yīng)的解密算法。

三、圖像加密算法性能分析

基于融合技術(shù)的圖像加密算法，安全性依賴于所用混沌序列的安全性，從公式(3)可知，當(dāng)Kimage（i，j）和bi，j都不可知。通過Eniurage(i, j)直接解出Image(i,j)是不可能的，而當(dāng)圖像較大時(shí)，相應(yīng)生成的密鑰圖像灰度矩陣也會(huì)很大，采用窮舉法進(jìn)行破解也是困難的，其時(shí)間復(fù)雜度為O(M×N×256)。

同時(shí)，由于圖像文件加密過程是在像素灰度值之例進(jìn)行插值計(jì)算，所以除了要生成密鑰圖像灰度矩阼以外，其余的混沌序列不需要進(jìn)行相應(yīng)的離散化處理，這樣，可以保證圖像加密算法具有較高的效率。

四、圖像加密算法圖 例

圖3是采用真實(shí)圖像作為密鑰圖像的加密效果圖。圖4是采用混沌序列生成圖像作為密鑰圖像的加密效果圖，通過圖4可以看出，加密效果隨著迭代次數(shù)的增加是穩(wěn)定的。具體的加密結(jié)果為：

admin

收藏 海報(bào)分享