一種基于Hankel矩陣掃描的圖像置亂方法技術

一種基于Hankel矩陣掃描的圖像置亂方法，屬于數字圖像處理領域。包括圖像正置亂和圖像逆置亂過程兩部分。圖像正置亂部分：先生成一個遞增的非負序列A，再生成這個非負序列的Hankel矩陣，然后截取圖像大小的Hankel矩陣；按序列A的順序掃描Hankel矩陣，同時也按照掃描Hankel矩陣的方式掃描待置亂圖像，并存儲至一維數組中，最后轉換為原始圖像大小，得到置亂后的圖像。圖像逆置亂為圖像正置亂的逆過程。本發明專利技術是Hankel矩陣掃描的圖像置亂方法，并利用掃描Hankel矩陣的方式掃描待置亂圖像，實現了對圖像的快速置亂，試驗表明該方法能快速達到理想的置亂效果，置亂相當穩定，置亂度高，通用性強，安全性好，且置亂恢復的圖像無損失；并有較強的抵抗剪切、縮放、濾波和噪聲攻擊的能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，是一種信息隱藏預處理方法和圖像加密手段，屬于數字圖像處理領域。
技術介紹
隨著網絡技術的發展，大量個人和公眾信息在網絡上傳播，使得信息安全問題成為人們關注的熱點。對于公眾所關心的圖像信息，傳統的保密學尚缺少足夠的研究。而且圖像信息在網絡存儲和傳輸過程中很容易被非法截取，從而導致比較嚴重的后果和損失，對數字圖像進行可靠的加密處理進而顯得尤為必要。置亂實際上就是圖像的加密，與加密 保證安全性不同的是，將置亂的圖像作為秘密信息再進行隱藏，可以很大限度的提高隱蔽載體的魯棒性。所以圖像置亂是信息隱藏中非常常用的一項技術；并且置亂技術是大部分圖像信息隱藏問題的基礎性工作，它既可作為一種圖像加密方法，又可作為進一步隱藏圖像信息的預處理過程，是一個值得深入研究的課題。另外，特別是基于像素空間位置置亂的圖像加密技術，由于其方法本身簡單以及加解密方便等特點，得到了廣泛的研究和應用。目前存在的置亂技術Arnold變換、Hilbert曲線掃描、Zig-Zag掃描以及P-Fibonacci變換等方法，主要大都存在取模運算，計算量比較大，置亂較為費時，置亂速度不太理想，效率比較低；而且它們主要用于方陣圖像，置亂的適用性不好；基于抽樣技術的置亂方法，具有抽樣周期，抽樣周期較短，但置亂效果不甚理想，置亂圖像能看到原始圖像的一些信息。已有很多文獻提出了圖像置亂的方法，基于像素空間位置的置亂技術頗多，其中掃描置亂技術也有不少應用，比如較為常用的Hilbert曲線掃描和Zig-Zag掃描方法，但這兩種掃描方法比較復雜，計算量大，其掃描較為費時，因此研究一種好的基于掃描的快速置亂方法目前頗具有挑戰性。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出，方法實現簡單，置亂度高，通用性強，并且能抵抗一定的攻擊，可以很好的用于信息隱藏的預處理和圖像加密，而且可以滿足數字圖像加密和隱藏的魯棒性要求。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的，其特征在于包括圖像正置亂與逆置亂兩個過程； 設定原始圖像IMAGE,大小為MXN像素；迭代次數為cycle,置亂密鑰為cycle,置亂后的圖像為FIG; 所述的圖像正置亂過程如下 O定義迭代次數cycle=k ； 2)定義一個一維數組fig，用于存放掃描后的待置亂圖像IMAGE數組中的元素，大小與原始圖像IMAGE大小相同；3)找到待置亂圖像IMAGE中行號和列號較大的，并將這個較大的值賦值給r，生成2Xr大小的非負序列A，然后再生成序列A的Hankel矩陣，在此Hankel矩陣的基礎上截取待置亂圖像MXN大小的Hankel矩陣，存儲至數組h ;并得到h中最大的數，記為hmax，Hankel矩陣中的元素從I遞增至hmax ； 4)一次迭代開始按Hankel矩陣值遞增的方式掃描Hankel矩陣直到最后一個元素；掃描Hankel矩陣的同時按照這個掃描方式掃描待置亂圖像IMAGE，并將其存儲至fig中；將一維結構的數組fig轉換成IMAGE大小的二維結構，存儲至Fig中，再將Fig賦給IMAGE，一次迭代結束； 5)如果cycle不等于k，轉到步驟4)進行下一次的迭代；直到cycle為k，則迭代結束，此時得到的Fig輸出為FIG，FIG即為置亂后的圖像；；正置亂過程結束； 所述圖像的逆置亂過程如下 O定義迭代次數cycle=k ； 2)定義一個二維數組Out，用于存儲恢復的圖像，大小與置亂圖像相同； 3)與正置亂過程一樣找到待置亂圖像行號和列號中較大的，并將這個較大的值賦值給r，生成2Xr大小的非負序列A，然后再生成序列A的Hankel矩陣，在此Hankel矩陣的基礎上截取待置亂圖像大小的Hankel矩陣，存儲至數組h ;并得到h中最大的數，記為hmax, Hankel矩陣中的元素從I遞增至hmax ； 4)一次迭代開始先將置亂圖像轉換為一維結構的數組out ;按Hankel矩陣值遞增的方式掃描Hankel矩陣直到矩陣最后一個元素；掃描Hankel矩陣的同時將out中的元素依次放入掃描Hankel矩陣的位置中，即二維數組Out中對應的掃描位置，將Out賦值給FIG, 一次迭代結束； 5)如果cycle不等于k,轉到步驟4)繼續迭代；直到cycle為k,則迭代結束，此時得到的Out輸出為OUT，OUT即為置亂恢復圖像；逆置亂過程結束。本專利技術的有益效果本專利技術采用上述方案，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，FIG置亂效果好，保證了原始信息的安全性。在置亂密鑰的前提下，經逆置亂過程恢復的圖像OUT與原始圖像無絲毫差別，達到完全恢復原始圖像的目的。由于本專利技術是一種基于Hankel矩陣掃描的新的圖像置亂方法，方法是通過掃描Hankel矩陣的方式掃描待置亂圖像，來改變圖像像素坐標位置的，而且方法實現簡單，只需生成Hankel矩陣，由于Hankel矩陣是對稱的，所以其生成比較簡單，然后按照掃描Hankel矩陣的方式掃描待置亂圖像，整個實現過程與已有的掃描置亂方法相比較為簡單，這就解決了已有掃描置亂方法較為費時的置亂問題。本專利技術提出的方法是基于掃描Hankel矩陣的方式進行的，而對生成的對稱的Hankel矩陣是可以剪切處理的，即可以按照待置亂圖像的大小對其進行處理，這樣就使得方法放寬了對圖像尺寸的要求，即本方法適用于任意尺寸的圖像，因此該專利技術對圖像尺寸的適用性較強。該置亂方法能抵抗一定的剪切、壓縮、濾波和噪聲的攻擊，且恢復圖像的可讀性不受影響，因而方法抗攻擊能力較強，可以很好的用于信息隱藏的預處理和圖像加密，而且可以滿足數字圖像加密和隱藏的魯棒性要求。附圖說明圖I (a)是標準Iena原始圖像。圖I (b)是標準Iena圖經本方法置亂后的圖。圖I (c)是標準Iena圖置亂后的恢復圖。圖I (d)是長矩形Iena圖。圖I (e)是長矩形Iena圖經本方法置亂后的圖。圖I (f)是長矩形Iena圖置亂后的恢復圖。圖I (g)是高矩形Iena圖。圖I (h)是高矩形Iena圖經本方法置亂后的圖。 圖I (i)是高矩形Iena圖置亂后的恢復圖。圖2是用灰度值連續置亂度評價方法對本方法的置亂程度進行的評價曲線圖。圖3 (a)本方法經過剪切攻擊后的置亂圖像。圖3 (b)本方法經過剪切攻擊后的恢復圖像。圖3 (C)本方法經過加入椒鹽噪聲攻擊后的置亂圖像。圖3 (d)本方法經過加入椒鹽噪聲攻擊后的恢復圖像。圖3 (e)本方法經過JPEG壓縮攻擊后的置亂圖像。圖3 (f )本方法經過JPEG壓縮攻擊后的恢復圖像。圖3 (g)本方法經過高斯低通濾波攻擊后的置亂圖像。圖3 (h)本方法經過高斯低通濾波攻擊后的恢復圖像。具體實施例方式首先介紹一下本專利技術基于的理論基礎 I)赫爾曼· Hankel 赫爾曼· Hankel (德語=Hermann Hankel，1839 年 2 月 14 日一1873 年 8 月 29 日)，德國數學家，生于薩克森-安哈爾特州哈雷市。Hankel曾與莫比烏斯、黎曼、維爾斯特拉斯和克羅內克等數學家共同學習和工作。Hankel著名的貢獻包括他提出的貝塞爾方程的一類特殊函數解(稱為“第三類貝塞爾函數”或Hankel函數)，和線性代數中的Hankel本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于Hankel矩陣掃描的圖像置亂方法，其特征在于：包括圖像正置亂與逆置亂兩個過程；設定原始圖像IMAGE，大小為M×N像素；迭代次數為cycle，置亂密鑰為cycle，置亂后的圖像為FIG；所述的圖像正置亂過程如下：？定義迭代次數cycle=k；定義一個一維數組fig，用于存放掃描后的待置亂圖像IMAGE數組中的元素，大小與原始圖像IMAGE大小相同；找到待置亂圖像IMAGE中行號和列號較大的，并將這個較大的值賦值給r，生成2×r大小的非負序列A，然后再生成序列A的Hankel矩陣，在此Hankel矩陣的基礎上截取待置亂圖像M×N大小的Hankel矩陣，存儲至數組h；并得到h中最大的數，記為hmax，Hankel矩陣中的元素從1遞增至hmax；一次迭代開始：按Hankel矩陣值遞增的方式掃描Hankel矩陣直到最后一個元素；掃描Hankel矩陣的同時按照這個掃描方式掃描待置亂圖像IMAGE，并將其存儲至fig中；將一維結構的數組fig轉換成IMAGE大小的二維結構，存儲至Fig中，再將Fig賦給IMAGE，一次迭代結束；如果cycle不等于k，轉到步驟4）進行下一次的迭代；直到cycle為k，則迭代結束，此時得到的Fig輸出為FIG，FIG即為置亂后的圖像;；正置亂過程結束；所述圖像的逆置亂過程如下：？定義迭代次數cycle=k；定義一個二維數組Out，用于存儲恢復的圖像，大小與置亂圖像相同；與正置亂過程一樣：找到待置亂圖像行號和列號中較大的，并將這個較大的值賦值給r，生成2×r大小的非負序列A，然后再生成序列A的Hankel矩陣，在此Hankel矩陣的基礎上截取待置亂圖像大小的Hankel矩陣，存儲至數組h；并得到h中最大的數，記為hmax，Hankel矩陣中的元素從1遞增至hmax；一次迭代開始：先將置亂圖像轉換為一維結構的數組out；按Hankel矩陣值遞增的方式掃描Hankel矩陣直到矩陣最后一個元素；掃描Hankel矩陣的同時將out中的元素依次放入掃描Hankel矩陣的位置中，即二維數組Out中對應的掃描位置，將Out賦值給FIG，一次迭代結束；如果cycle不等于k，轉到步驟4）繼續迭代；直到cycle為k，則迭代結束，？此時得到的Out輸出為OUT，OUT即為置亂恢復圖像；逆置亂過程結束。...

【技術特征摘要】
1. 一種基于Hankel矩陣掃描的圖像置亂方法，其特征在于包括圖像正置亂與逆置亂兩個過程； 設定原始圖像IMAGE,大小為MXN像素；迭代次數為cycle,置亂密鑰為cycle,置亂后的圖像為FIG ； 所述的圖像正置亂過程如下 定義迭代次數cycle=k ； 定義一個一維數組fig，用于存放掃描后的待置亂圖像IMAGE數組中的元素，大小與原始圖像IMAGE大小相同； 找到待置亂圖像IMAGE中行號和列號較大的，并將這個較大的值賦值給r，生成2Χι■大小的非負序列A，然后再生成序列A的Hankel矩陣，在此Hankel矩陣的基礎上截取待置亂圖像MXN大小的Hankel矩陣,存儲至數組h ;并得到h中最大的數,記為hmax, Hankel矩陣中的元素從I遞增至hmax ； 一次迭代開始按Hankel矩陣值遞增的方式掃描Hankel矩陣直到最后一個元素；掃描Hankel矩陣的同時按照這個掃描方式掃描待置亂圖像IMAGE，并將其存儲至fig中；將一維結構的數組fig轉換成IMAGE大小的二維結構，存儲至Fig中，再將Fig賦給IMAGE，一次迭代結束； 如果cycle不等于k，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范鐵生，張忠清，曲大鵬，王軍，
申請(專利權)人：遼寧大學，
類型：發明
國別省市：