一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法技术

本发明专利技术提供一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法，将待加密图像划分为任意选定的前景区域和背景区域，通过对图像上任意选定的关键区域和其他区域施加不同强度的加密，从而不仅可以对图像上选定的关键区域提供重点保护，而且又不易暴露图像上的敏感区域所在；且能够对用户选定的任意不规则封闭连通区域进行高强度的加密，而对其他非关键区域则施加一般性的加密，加密方法不仅与用户给定的密钥参数紧密相连，还与待加密图像的明文和选定的不规则封闭连通前景区域属性紧密相连，使得整个加密过程对用户的初始密钥和参数，以及待加密的明文图像以及不规则前景区域极度敏感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像信息安全、人工智能和数字图像信号处理交叉领域，涉及一种置 换-混淆架构对不规则图像的关键区域进行加密的方法，具体涉及一种基于前景和背景分 离的图像加密和解密方法。
技术介绍
随着计算机技术发展和Internet广泛应用，越来越多的信息在网络上传输，在给 人们方便的同时，也带来极大安全隐患。作为信息的主要载体图像，其安全性也倍受关注。 图像加密作为保障图像信息安全的核心思路，已成为目前的研宄热点。 传统的图像加密算法大多基于混沌系统，采用置换-混淆结构对图像加密。例如 通过各种混沌系统产生伪随机数序列对图像进行置换和混淆加密。均是由特定的密钥直接 驱动混沌系统来对图像进行置换和混淆加密。其加密环节仅由特定的密钥和初始参数产 生，而与具体的待加密图像性质无关，从而不能抵抗已知/选择明文攻击。 为抵御已知/选择明文攻击，一些图像加密算法也探讨了将待加密图像属性引入 到图像加密算法中。例如采用混沌序列置换像素位置，并采用混沌系统产生与明文相关的 伪随机数序列对像素值进行扩散，使得加密算法与明文相关。 虽然将用户密钥和图像的属性进行绑定，从而使所提加密策略具备一定的抵抗已 知/选择明文攻击能力，但所提策略都是对整幅图像采用相同的策略进行加密，而在实际 中，图像的关键信息往往集中在少数几个关键区域而非整幅图像。 基于此，一些加密算法也探讨了仅对图像上的感兴趣区域进行加密的图像加密方 法。但其加密策略只是对规则矩形区域进行加密，而不能对图像上任意选定的不规则区域 进行加密，同时仅对选定的关键区域进行加密而对非关键区域不进行加密，也使得加密后 的关键区域易于受到攻击。因此能够对任意选定的不规则区域和其他区域进行不同强度的 加密往往具备更高的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于前景和背景分离的图像加密 和解密方法，将图像分割成前景和背景区域，能够对任意选定不规则的前景区域进行重点 迷宫置换及混淆加密，对背景区域进行简单像素值混淆加密。 为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案： -种基于前景和背景分离的图像加密方法，包括以下步骤： 第1步：将分辨率为MXN待加密图像A划分为任意选定的封闭连通区域S F_和 其它区域SBadt，即前景区域和背景区域； 第2步：提取SF_区域的轮廓链码CC，将其作为密钥存储； 第3步：计算出待加密图像A的RGB图像像素矩阵ApApAB和轮廓链码CC对应的 160 位 SHA-1 值（Ar)^、（AJm(AB)sm_# (CC) SHA_1; 第4步：利用、⑷SHA_n (A0K和（CC) SHA_^算出图像像素矩阵和轮廓链 码的混合SHA-1 值（CAJm(CAe)SHA_JP(CAb)sha_1;第5步：将（CAK)n、（CAG)SHA_JP(CAB)SHH组成3X40的2维矩阵，对矩阵进行 列优先扫描，依次将2个16进制数合并作为1个字节，得到长度为60的字节序列d= 〈d」iG{〇, 1，…，59}>，由用户给定的随机数种子seed生成{0, 1，…，59}上的随机排列， 将序列d打乱，得到新的字节序列e; 第6步：由序列e和用户给定的密钥a、b、seed随机产生像素矩阵AK、A。和A』勺 起点坐标（XK，YK)、（XG，YG)和（XB，YB); 第7步：由e和a、b生成初始值&和y以及OCML时空混沌映射中的耦合系数e 和更新函数参数 第8步：由X(l和y计算与图像等大的0CML初始矩阵【主权项】1. 一种基于前景和背景分离的图像加密方法，其特征在于包括w下步骤： 第1步；将分辨率为MXN待加密图像A划分为任意选定的封闭连通区域奇"。和其它 区域Seack，即前景区域和背景区域； 第2步；提取区域的轮廓链码CC，将其作为密钥存储； 第3步；计算出待加密图像A的RGB图像像素矩阵Ac、Ac、Ae和轮廓链码CC对应的160 化SHA-l值（Ar)sha-I、（Ag)shA-I、（Ab)sHA-I和（CC)SHA-1; 第4步；利用（Ae)sha-i、(Ae)sHA-i、(Ab)sha-i和肋）SHA-1计算出图像像素矩阵和轮廓链码的 混合SHA-1 值（CAe)sha-i、（CAg)sha-i和（CAb)sha-i; 第5步：将（CAe)sHA-1、（CAe)sHA-1和（CAB) SHA-組成3X40的2维矩阵，对矩阵进行 列优先扫描，依次将2个16进制数合并作为1个字节，得到长度为60的字节序列d= di|iG(0，1，…，59}，由用户给定的随机数种子seed生成{0，1，…，59}上的随机排列，将 序列d打乱，得到新的字节序列e; 第6步；由序列e和用户给定的密钥a、b、seed随机产生像素矩阵VA郝Ae的起点 坐标狂K，Yk)、狂<：，Ye)和狂B，Yb); 第7步：由e和a、b生成初始值X。和yW及OCML时空混浊映射中的禪合系数e和 更新函数参数Ui; 第8步：由X。和y计算与图像等大的OCML初始矩阵Mf。,。,、和 游，结合e、y1驱动OCML时空混浊映射，迭代L轮生成伪随机数序列 户=<，.'.'、',臣化1，...，.％￥-1!〉、片('-=〈峰/.臣.化1，...，瓜/,、^1}〉和"占=仁占|/^化1，...，的八'-1|.〉^ 将其分别量化为批。、*6 =批1!'臣化1，'..，献\'-1}〉和&"=批 |z.g{0，1，...，MA'-U〉； 第9步；由狂E，Ye)、狂e，Ye)、狂B，Yb)、k\k呀PkB对AE、Ac和AB的Sp"e区域进行迷宫置 换，得到置换后的矩阵Pk、P。和Pc; 第10步对Pk、P。和Pe，利用k\k哺kB进行像素值混淆加密，得到加密后图像的像素 矩阵旬、Cg和CB，将其写为秘密图像C。2.如权利要求1所述的一种基于前景和背景分离的图像加密方法，其特征在于：在第4 步中计算出图像像素矩阵和轮廓链码的混合SHA-1值（CAc)sm_1、（CAe)sHA_l和（CAe)sHA_i的具 体方法如式（2)所示；(2)； 在第5步中将（CAe)sha_i、（CAe)sHA_i和（CAb)sha_組成3X40维2维矩阵的具体方法为： 将（CAk)sha-i、（CAe)sHA-i和（CAb)sha-浪式做视为由40个16进制数构成的序列； (CAk)sha-i=<rjie> WsHA-i=<gjie> 做， (CAb)sha-i=<bjie> 然后将（CAe)sha-i、（CAe)sHA-i和（CAb)sha-i转换为3X40维2维矩阵如式（4)所示；(4)， 对式（4)进行列优先扫描，按式（5)得到60个字节： d=<djd〇=r〇g〇,di=b江1，…，d59=g3击39〉 巧）， 由用户给定的随机数种子seed生成{0, 1，…，59}上的随机排列，将序列d打乱，得到 新的字节序列e。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于前景和背景分离的图像加密方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：将分辨率为M×N待加密图像A划分为任意选定的封闭连通区域SFore和其它区域SBack，即前景区域和背景区域；第2步：提取SFore区域的轮廓链码CC，将其作为密钥存储；第3步：计算出待加密图像A的RGB图像像素矩阵AR、AG、AB和轮廓链码CC对应的160位SHA‑1值(AR)SHA‑1、(AG)SHA‑1、(AB)SHA‑1和(CC)SHA‑1；第4步：利用(AR)SHA‑1、(AG)SHA‑1、(AB)SHA‑1和(CC)SHA‑1计算出图像像素矩阵和轮廓链码的混合SHA‑1值(CAR)SHA‑1、(CAG)SHA‑1和(CAB)SHA‑1；第5步：将(CAR)SHA‑1、(CAG)SHA‑1和(CAB)SHA‑1组成3×40的2维矩阵，对矩阵进行列优先扫描，依次将2个16进制数合并作为1个字节，得到长度为60的字节序列d＝di|i∈{0,1,…,59}，由用户给定的随机数种子seed生成{0,1,…,59}上的随机排列，将序列d打乱，得到新的字节序列e；第6步：由序列e和用户给定的密钥a、b、seed随机产生像素矩阵AR、AG和AB的起点坐标(XR,YR)、(XG,YG)和(XB,YB)；第7步：由e和a、b生成初始值x0和μ以及OCML时空混沌映射中的耦合系数ε和更新函数参数μ1；第8步：由x0和μ计算与图像等大的OCML初始矩阵和结合ε、μ1驱动OCML时空混沌映射，迭代L轮生成伪随机数序列vR=<viR|i∈{0,1,...,MN-1}>,vG=<viG|i∈{0,1,...,MN-1}>]]>和vB=<viB|i∈{0,1,...,MN-1}>,]]>将其分别量化为kR=<kiR|i∈{0,1,...,MN-1}>,kG=<kiG|i∈{0,1,...,MN-1}>]]>和kB=<kiB|i∈{0,1,...,MN-1}>;]]>第9步：由(XR,YR)、(XG,YG)、(XB,YB)、kR、kG和kB对AR、AG和AB的SFore区域进行迷宫置换，得到置换后的矩阵PR、PG和PB；第10步：对PR、PG和PB，利用kR、kG和kB进行像素值混淆加密，得到加密后图像的像素矩阵CR、CG和CB，将其写为秘密图像C。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵利平，杨璐，师军，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61