1.基于压缩感知和三维猫映射的图像加密方法,其特征在于,包括:步骤1、根据明文图像P的像素平均值I计算三维猫映射混沌系统的初始状态值和系统参数,并对P的稀疏系数矩阵进行zigzag置乱;
步骤2、将所述初始状态值和系统参数带入三维猫映射混沌系统,构建测量矩阵,并利用所述测量矩阵对置乱后的稀疏系数矩阵进行压缩测量,得到密文图像F;
步骤3、将F按照LSB最低有效位嵌入算法嵌入到载体图像R中,得到视觉安全图像E。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1具体包括:步骤1.1、计算明文图像P(m×n)的像素平均值I和稀疏系数矩阵P1,并利用I计算zigzag置乱的起始位置x0和y0,利用x0和y0对P1进行zigzag置乱,得到置乱矩阵P2;
步骤1.2、根据像素平均值I和Logistic映射的预设参数μ和r0,计算三维猫映射混沌系统的初始状态值X0、Y0和Z0,以及系统参数ax、ay、az、bx、by和bz;
对应地,所述步骤2具体包括:
步骤2.1、利用三维猫映射混沌系统对X0、Y0和Z0进行迭代,生成随机序列X、Y、Z和W,根据X、Y、Z和W构建测量矩阵φ,以及索引向量π1、π2、π3和π4,并利用φ对P2进行压缩测量,得到测量值矩阵P3;
步骤2.2、对P3中的元素进行量化,得到量化矩阵P4,将P4作为P的密文图像F;
对应地,所述步骤3具体包括:
步骤3.1、将密文图像F排列成一维行向量F’=(f’1,f’2,…,f’u),u=(m×n)/4;
步骤3.2、选定载体图像R,并将R的图像强度等级调整至预设区间范围,生成新的载体图像R’;
步骤3.3、将R’均分成四个大小为(m/2)×(n/2)的矩阵CA、CH、CV和CD,并分别将CA、CH、CV和CD排列成四个长度为u=(m×n)/4的一维行向量C1、C2、C3和C4;
步骤3.4、利用π1、π2、π3和π4分别对C1、C2、C3和C4进行升序排序,得到四个新的一维行向量A=(a1,a2,…,au)、H=(h1,h2,…,hu)、V=(v1,v2,…,vu)和D=(d1,d2,…,du),其中,u=(m×n)/4;
步骤3.5、将F’中的元素按照LSB最低有效位嵌入算法嵌入到A、H、V和D的元素中,得到嵌入后的行向量A’、H’、V’和D’;
步骤3.6、利用π1、π2、π3和π4分别对A’、H’、V’和D’进行降序排序,得到四个新的向量A”、H”、V”和D”,并分别将A”、H”、V”和D”转化成大小为(m/2)×(n/2)的矩阵C’A、C’H、C’V和C’D,将C’A、C’H、C’V和C’D组合后形成的矩阵作为P的视觉安全图像E(m×n)。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤1.1具体为:步骤1.1.1、根据式(1)和式(2)
计算P的像素平均值I;其中,P(i,j)表示P的第i行、第j列的像素值,i=1,2,…,m,j=
1,2,…,n;
步骤1.1.2、利用离散小波变换对P进行稀疏化,得到稀疏系数矩阵P1;
步骤1.1.3、根据预设参数t1、t2和I,按照式(3)和式(4)计算x0和y0;
步骤1.1.4、根据x0和y0对P1进行zigzag置乱,得到矩阵P1′,并将P1′中小于预设阈值TS的元素值置0,得到置乱矩阵P2。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤1.2具体为:步骤1.2.1、设定参数μ和r0,并将μ和r0带入一维Logistic混沌系统方程(5)rn+1=μ×rn(1-rn),n=0,1,2,3..... (5)迭代L次后生成随机混沌序列(r1,r2,...,rL);
步骤1.2.2、利用(r1,r2,...,rL)和I按照式(6)和式(7)计算X0、Y0和Z0,以及ax、ay、az、bx、by和bz。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤2.1中的利用三维猫映射混沌系统对X0、Y0和Z0进行迭代,生成随机序列X、Y、Z和W具体为:步骤2.1.1、将X0、Y0和Z0带入三维猫映射混沌系统进行迭代L’=num+MNd次,并舍弃前num个值,得到三个大小为MNd的随机序列X、Y和Z:其中,d为采样间距,M=CR×m,N=m,CR为压缩率;
步骤2.1.2、根据X、Y和Z按照式(11)
得到W=(w1,w2,...,wMNd);其中,xi、yi、zi和wi分别代表X、Y、Z和W的第i个元素,i=1,
2,…,MNd。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述步骤2.1中的根据X、Y、Z和W构建测量矩阵φ具体为:步骤2.1.3、对新序列W按照式(12)
w'k=w1+kd,k=0,1,2,...,MN-1 (12)进行等距采样,得到新序列W',w'k是W'的第k个元素;
步骤2.1.4、对W'序列按照式(13)
w”k=1-2w'k,k=0,1,2......,MN-1 (13)变换,得到新序列W″,w”k是W″的第k个元素;
步骤2.1.5、将 按照式(14)
重新排列,得到测量矩阵φM×N;其中, 为归一化系数。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,所述步骤2.1中的根据X、Y、Z和W构建索引向量π1、π2、π3和π4具体为:步骤2.1.6、分别从X、Y、Z和W中取前u个值,得到四个新序列X1、Y1、Z1和W1:X1=(x1,x2,…,xu),
Y1=(y1,y2,…,yu),
Z1=(z1,z2,…,zu),
W1=(w1,w2,…,wu),
其中,u=(m×n)/4;
步骤2.1.7、对X1、Y1、Z1和W1进行升序排列,得到π1、π2、π3和π4。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤2.2具体为:根据式(15)
对P3中的元素进行量化,将元素值转化到0到255之间,得到P4;其中,min是P3的最小值,max是P3的最大值,P3(i)和P4(i)分别是P3和P4的第i个元素,i=1,2,…,Mn,M=CR×m,CR为压缩率。
9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤3.2具体为:根据式(16)
将R像素值的范围调整到[G1,G2],生成R’,其中,G1∈(0,10],G2∈[245,255),且G1和G2均为整数。
10.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤3.5具体为:步骤3.5.1、将F’的第j个元素f’j用二进制表示为b8b7b6b5b4b3b2b1,并分别将A、H、V和D的第j个元素aj、hj、vj和dj用二进制表示,其中b8代表最高比特位,b1代表最低比特位;
步骤3.5.2、将b1b2嵌入到aj的最低两个比特位,将b3b4嵌入到hj的最低两个比特位,将b5b6嵌入到vj的最低两个比特位,以及将b7b8嵌入到dj的最低两个比特位;
步骤3.5.3、保持aj、hj、vj和dj的其余比特位不变,得到含有密文信息的a’j、h’j、v’j和d’j;
步骤3.5.4、将a’j、h’j、v’j和d’j由二进制转换成十进制,得到四个行向量A’=(a’1,a’2,…,a’u)、H’=(h’1,h’2,…,h’u)、V’=(v’1,v’2,…,v’u)和D’=(d’1,d’2,…,d’u)。