一種基于三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法
【專利摘要】一種基于三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。圖像正置亂過程：先獲取待置亂圖像IMAGE的尺寸為M×N，根據(jù)三維Logistic映射公式分別獲取5×M×N個(gè)三維Logistic映射函數(shù)值，分別取5×M×N的末尾M個(gè)第一維、5×M×N的末尾N個(gè)第二維和5×M×N的末尾M×N個(gè)第三維的Logistic函數(shù)值，并分別對(duì)他們進(jìn)行升序排序，得到位置序列index1、index2和index3；用序列index1和index2對(duì)IMAGE進(jìn)行像素位置置亂，得到圖像Image，再將Image一維化為image；再用index3取余255的結(jié)果與image進(jìn)行異或運(yùn)算，改變圖像像素值，得到圖像fig，并將fig轉(zhuǎn)換為IMAGE圖像尺寸大小，得到圖像FIG，即為置亂圖像。本發(fā)明利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列分別改變待置亂圖像的像素位置和像素值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的雙重置亂；具有置亂的通用性強(qiáng)，安全性好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法，是一種信息隱藏預(yù)處理方法和圖像加密手段，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化信息正以各種形式在網(wǎng)絡(luò)上迅速便捷的傳輸，數(shù)字圖像也因此克服了往日因其存儲(chǔ)量大帶來的困難，并逐漸成為人們信息交流的重要載體。但在現(xiàn)實(shí)生活中大多圖像信息是要求保密的，因此圖像信息的安全與保密性也逐漸受到人們密切的關(guān)注，數(shù)字圖像置亂技術(shù)因此迅速發(fā)展了起來，并得到了廣泛的應(yīng)用。多年來，學(xué)者們研究了很多置亂方法，這些置亂方法主要分為兩類:一類是像素位置置亂，如=Arnold置亂、幻方置亂、騎士巡游置亂以及生命游戲置亂等；另一類是像素值置亂，如=Gray碼置亂和混沌置亂等。其中第一類置亂方法只改變像素位置，沒有考慮置亂后的像素位置是否均勻擴(kuò)散到整幅圖像中，這樣不能完全保證置亂方法的安全性；另一類置亂方法只改變像素值，方法較為單調(diào)，有些方法的相鄰像素點(diǎn)之間還存在著很大的相關(guān)性。
[0003]已有的兩類置亂方法陸續(xù)被研究者提出，而且各有優(yōu)缺點(diǎn)，但將這兩類置亂方法結(jié)合使用的方法破少，而且兩者結(jié)合能將兩者的缺點(diǎn)互相覆蓋，是一種安全性較高的方法，因此研究一種安全性高且適用性好的雙重置亂方法頗具有挑戰(zhàn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安全性好，置亂度較高，通用性較好，并且能抵抗一定的攻擊，可以較好的用于信息隱藏的預(yù)處理和圖像加密，而且可以滿足數(shù)字圖像加密和隱藏的魯棒性要求。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法，其特征在于:該置亂方法分為圖像的正置亂、圖像的逆置亂兩部分；
[0006]所述的圖像正置亂過程如下:
[0007]設(shè)待置亂圖像為IMAGE、迭代次數(shù)為cycle、隨機(jī)數(shù)密鑰為key,置亂后的圖像為FIG ;利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列分別改變待置亂圖像的像素位置和像素值，從而得到置亂后的圖像；步驟如下:
[0008]I)定義迭代次數(shù)CyCle=k ；
[0009]2)獲取待置亂圖像IMAGE的尺寸為MXN，根據(jù)三維Logistic映射公式分別獲取5 XMX N個(gè)三維Logistic映射函數(shù)值，分別取5 XMX N的末尾M個(gè)第一維、5 XMX N的末尾N個(gè)第二維和5 XMXN的末尾MXN個(gè)第三維的Logistic函數(shù)值，并分別對(duì)他們進(jìn)行升序排序，得到位置序列indexl、index2和index3 ；
[0010]3) 一次迭代開始:用序列indexl和index2對(duì)IMAGE進(jìn)行像素位置置亂,得到圖像Image，并將其賦值給IMAGE，一次迭代結(jié)束；
[0011]4)如果cycle不等于k，說明迭代次數(shù)未完成，轉(zhuǎn)到步驟3)繼續(xù)迭代，直到迭代次數(shù)為k，此時(shí)得到的圖像結(jié)果為Image ；
[0012]5)將Image —維化為image ;再用index3取余255的結(jié)果與image進(jìn)行異或運(yùn)算，改變圖像像素值，得到圖像fig，并將其轉(zhuǎn)換為IMAGE圖像尺寸大小的圖像Fig，輸出最終結(jié)果為FIG，F(xiàn)IG即為置亂后圖像；至此，正置亂過程結(jié)束；
[0013]正置亂在置亂密鑰的前提下得到了置亂后的圖像FIG，從FIG中看不到原始圖像的任何信息，F(xiàn)IG置亂效果好，保證了原始信息的安全性。
[0014]第二部分是圖像的逆置亂，即置亂圖像的恢復(fù)。
[0015]圖像正逆置亂過程如下:設(shè)待置亂圖像為FIG、迭代次數(shù)為cycle，隨機(jī)數(shù)密鑰為key，置亂后的圖像為OUT ;根據(jù)得到的置亂圖像，按照正置亂的逆過程進(jìn)行置亂圖像的恢復(fù)，具體步驟如下:
[0016]I)定義迭代次數(shù)cycle=k ;
[0017]2)同正置亂過程一樣,獲取相同的indexl、index2、index3 ；
[0018]3)將置亂圖像FIG —維化為fig，再用index3取余255的結(jié)果與fig進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像fin,并將fin升維成FIG大小的圖像Fig ；
[0019]4) 一次迭代開始:用序列indexl和index2對(duì)Fig進(jìn)行像素位置逆置亂,得到圖像Out，并將結(jié)果賦值給Fig,則一次迭代結(jié)束；
[0020]5)如果cycle不等于k，說明迭代次數(shù)未完成，轉(zhuǎn)到步驟4)繼續(xù)迭代，直到迭代次數(shù)為k，此時(shí)得到的Out輸出為OUT，OUT即為置亂后圖像；至此，逆置亂過程結(jié)束。
[0021]在置亂密鑰的前提下，經(jīng)逆置亂過程恢復(fù)的圖像OUT與原始圖像無絲毫差別，達(dá)到完全恢復(fù)原始圖像的目的。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明方案，利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列分別改變待置亂圖像的像素位置和像素值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的雙重置亂，并得到了無損失的置亂恢復(fù)圖像，且置亂圖像能抵抗一定的幾何攻擊。本發(fā)明所采用的方法包括圖像正置亂過程和圖像逆置亂過程兩大部分，第一部分是圖像的正置亂過程:有三個(gè)輸入為待置亂圖像IMAGE、迭代次數(shù)cycle以及隨機(jī)數(shù)密鑰key，一個(gè)輸出為置亂后的圖像FIG ;過程是利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列分別改變待置亂圖像的像素位置和像素值，從而得到置亂后的圖像。(I)定義迭代次數(shù)cycle=k;(2)獲取待置亂圖像IMAGE的尺寸為MXN，根據(jù)三維Logistic映射公式分別獲取5XMXN個(gè)三維Logistic映射函數(shù)值，分別取5XMXN的末尾M個(gè)第一維、5XMXN的末尾N個(gè)第二維和5XMXN的末尾MXN個(gè)第三維的Logistic函數(shù)值，并分別對(duì)他們進(jìn)行升序排序，得到位置序列indexl、index2和index3 ; (3)—次迭代開始:用序列indexl和index2對(duì)IMAGE進(jìn)行像素位置置亂，得到圖像Image，并將其賦值給IMAGE，一次迭代結(jié)束；(4)如果cycle不等于k，說明迭代次數(shù)未完成，轉(zhuǎn)到步驟(3)繼續(xù)迭代，直到迭代次數(shù)為k,此時(shí)得到的圖像結(jié)果為Image ； (5)將Image —維化為image ;再用index3取余255的結(jié)果與image進(jìn)行異或運(yùn)算，改變圖像像素值，得到圖像fig，并將其轉(zhuǎn)換為IMAGE圖像尺寸大小的圖像Fig，輸出最終結(jié)果為FIG，F(xiàn)IG即為置亂后圖像；至此，正置亂過程結(jié)束。正置亂在置亂密鑰的前提下得到了置亂后的圖像FIG，從FIG中看不到原始圖像的任何信息，F(xiàn)IG置亂效果好，保證了原始信息的安全性。第二部分是圖像的逆置亂，即置亂圖像的恢復(fù)。有三個(gè)輸入為待置亂圖像FIG、迭代次數(shù)cycle以及隨機(jī)數(shù)密鑰key，一個(gè)輸出為置亂后的圖像OUT ;根據(jù)得到的置亂圖像，按照正置亂的逆過程進(jìn)行置亂圖像的恢復(fù)。(I)定義迭代次數(shù)cycle=k ; (2)同正置亂過程一樣,獲取相同的indexl、index2、index3 ; (3)將置亂圖像FIG —維化為fig，再用index3取余255的結(jié)果與fig進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像fin,并將fin升維成FIG大小的圖像Fig ； (4)一次迭代開始:用序列indexl和index2對(duì)Fig進(jìn)行像素位置逆置亂，得到圖像Out，并將結(jié)果賦值給Fig，則一次迭代結(jié)束；(5)如果cycle不等于k，說明迭代次數(shù)未完成，轉(zhuǎn)到步驟(4)繼續(xù)迭代，直到迭代次數(shù)為k，此時(shí)得到的Out輸出為OUT，OUT即為置亂后圖像；至此，正置亂過程結(jié)束。
[0023]在置亂密鑰的前提下，經(jīng)逆置亂過程恢復(fù)的圖像OUT與原始圖像無絲毫差別，達(dá)到完全恢復(fù)原始圖像的目的。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有的圖像置亂技術(shù)比較有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]由于本發(fā)明是一種三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法，方法是利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列分別改變待置亂圖像的像素位置和像素值，結(jié)合了像素位置置亂和像素值置亂兩類方法的特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的雙重置亂，而且方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，解決了已有方法實(shí)現(xiàn)效率低等問題。
[0026]本發(fā)明提出的方法是利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列對(duì)圖像像素位置進(jìn)行調(diào)整以及對(duì)圖像像素值進(jìn)行改變，對(duì)圖像尺寸沒有要求，因此該發(fā)明對(duì)圖像的通用性較強(qiáng)。
[0027]該方法能抵抗來自剪切、加噪、壓縮和濾波的攻擊，且恢復(fù)圖像的可讀性不受影響，可以較好的用于信息隱藏的預(yù)處理和圖像加密，而且可以滿足數(shù)字圖像加密和隱藏的魯棒性要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1 (a) 2000個(gè)三維Logistic映射點(diǎn)在三維空間中的整體分分布圖。
[0029]圖1 (b) 2000個(gè)三維Logistic映射點(diǎn)在xy平面上的分布圖。
[0030]圖1 (c) 2000個(gè)三維Logistic映射點(diǎn)在yz平面上的分布圖。
[0031]圖1 (d) 2000個(gè)三維Logistic映射點(diǎn)在zx平面上的分布圖。
[0032]圖2 (a)是標(biāo)準(zhǔn)Iena原始圖像。
[0033]圖2 (b)是標(biāo)準(zhǔn)Iena圖經(jīng)本方法置亂后的圖。
[0034]圖2 (C)是標(biāo)準(zhǔn)Iena圖置亂后的恢復(fù)圖。
[0035]圖2 (d)是寬矩形Iena圖。
[0036]圖2 (e)是寬矩形Iena圖經(jīng)本方法置亂后的圖。
[0037]圖2 (f)是寬矩形Iena圖置亂后的恢復(fù)圖。
[0038]圖2 (g)是高矩形Iena圖。
[0039]圖2 (h)是高矩形Iena圖經(jīng)本方法置亂后的圖。
[0040]圖2 (i)是高矩形Iena圖置亂后的恢復(fù)圖。
[0041]圖3是用灰度值連續(xù)置亂度評(píng)價(jià)方法對(duì)本方法的置亂程度進(jìn)行的評(píng)價(jià)曲線圖。
[0042]圖4 (a)標(biāo)準(zhǔn)Iena原始圖像的直方圖。
[0043]圖4 (b)標(biāo)準(zhǔn)Iena圖經(jīng)本方法置亂后圖像的直方圖。
[0044]圖5 (a)本方法經(jīng)過剪切攻擊后的置亂圖像。[0045]圖5(b)本方法經(jīng)過剪切攻擊后的恢復(fù)圖像。
[0046]圖5(C)本方法經(jīng)過加入噪聲密度為0.15的椒鹽噪聲攻擊后的置亂圖像。
[0047]圖5Cd)本方法經(jīng)過加入噪聲密度為0.15的椒鹽噪聲攻擊后的恢復(fù)圖像。
[0048]圖5(e)本方法經(jīng)過品質(zhì)因子為0.7的JPEG壓縮攻擊后的置亂圖像。
[0049]圖5(f)本方法經(jīng)過壓縮攻擊后的恢復(fù)圖像。
[0050]圖5(g)本方法經(jīng)過高斯低通濾波攻擊后的置亂圖像。
[0051]圖5(h)本方法經(jīng)過高斯低通濾波攻擊后的恢復(fù)圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0053]以下從理論基礎(chǔ)進(jìn)行說明:
[0054]I)三維Logistic映射函數(shù)
[0055]一維Logistic映射是數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)家R.May在英國(guó)的《自然》雜志上發(fā)表的一篇綜述中所提出的，據(jù)一維的Logistic映射,給出三維Logistic映射的形式如下:
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種基于三維Logistic映射的圖像雙重置亂方法，其特征在于:該置亂方法分為圖像的正置亂、圖像的逆置亂兩部分； 所述的圖像正置亂過程如下: 設(shè)待置亂圖像為IMAGE、迭代次數(shù)為cycle、隨機(jī)數(shù)密鑰為key，置亂后的圖像為FIG ;利用三維Logistic映射的函數(shù)值序列分別改變待置亂圖像的像素位置和像素值，從而得到置亂后的圖像；步驟如下: 1）定義迭代次數(shù)cycle=k ； 2)獲取待置亂圖像IMAGE的尺寸為MXN，根據(jù)三維Logistic映射公式分別獲取.5 XMX N個(gè)三維Logistic映射函數(shù)值，分別取5 XMX N的末尾M個(gè)第一維、5 XMX N的末尾N個(gè)第二維和5XMXN的末尾MXN個(gè)第三維的Logistic函數(shù)值，并分別對(duì)他們進(jìn)行升序排序，得到位置序列indexl、index2和index3 ； 3)—次迭代開始:用序列indexl和index2對(duì)IMAGE進(jìn)行像素位置置亂，得到圖像Image，并將其賦值給IMAGE，一次迭代結(jié)束； 4)如果cycle不等于k，說明迭代次數(shù)未完成，轉(zhuǎn)到步驟3)繼續(xù)迭代，直到迭代次數(shù)為k，此時(shí)得到的圖像結(jié)果為Image ； 5)將Image—維化為image ;再用index3取余255的結(jié)果與image進(jìn)行異或運(yùn)算，改變圖像像素值，得到圖像fig，并將其轉(zhuǎn)換為IMAGE圖像尺寸大小的圖像Fig，輸出最終結(jié)果為FIG，F(xiàn)IG即為置亂后圖像；至此，正置亂過程結(jié)束； 所述的圖像正逆置亂過程如下: 設(shè)待置亂圖像為FIG、迭代次數(shù)為cycle，隨機(jī)數(shù)密鑰為key，置亂后的圖像為OUT ;根據(jù)得到的置亂圖像，按照正置亂的逆過程進(jìn)行置亂圖像的恢復(fù)，具體步驟如下: 1）定義迭代次數(shù)cycle=k ； 2)同正置亂過程一樣,獲取相同的indexl、index2、index3； 3)將置亂圖像FIG—維化為fig，再用index3取余255的結(jié)果與fig進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像fin,并將fin升維成FIG大小的圖像Fig ； 4)一次迭代開始:用序列indexl和index2對(duì)Fig進(jìn)行像素位置逆置亂,得到圖像Out,并將結(jié)果賦值給Fig，則一次迭代結(jié)束； 5)如果cycle不等于k，說明迭代次數(shù)未完成，轉(zhuǎn)到步驟4)繼續(xù)迭代，直到迭代次數(shù)為k，此時(shí)得到的Out輸出為OUT，OUT即為置亂后圖像；至此，逆置亂過程結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103606126SQ201310627540
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】范鐵生, 張忠清, 呂紅, 李響 申請(qǐng)人:遼寧大學(xué)