面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法技术

本发明专利技术提供了面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，在加密前识别面向空间态势的震后重建图像的全部图谱信息；针对识别的图谱目标信息，基于超混沌序列与移位密码进行图谱信息加密，实现了对面向空间态势的震后重建图谱信息主动加密。本发明专利技术融合光谱特征增强、超混沌序列与移位密码的应用优势，有效完成面向空间态势的震后重建图谱目标信息识别、图谱目标信息加密；并通过实验验证了本发明专利技术的加密方法对面向空间态势的震后重建图谱信息的加密有效性，使图谱信息全部被隐藏，保护了图谱信息的安全，具备实际应用和推广价值。本发明专利技术对存在噪声的图谱信息目标同样存在显著的加密有效性。

【技术实现步骤摘要】
面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法
本专利技术属于图像加密
，具体涉及面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法。
技术介绍
随着宽带网与多媒体技术的出现，图像数据的提取、传输、处理出现在数字时代的每个角落，图像信息安全问题十分关键。大量图像信息都必须实施加密传输与保存，比如军用卫星所拍图像、新型武器图纸等。其中，面向空间态势的震后重建图像中存在大量私密性图谱信息，如设计师在设计面向空间态势的震后重建方案时，涉及卫星所拍图像，为此，大量学者进行了相关信息加密方法的研究。基于压缩感知加密方法，利用随机二相编码掩模作为采样矩阵，对图像数据降维程度不足的问题，将图像变换到K-Space，进行随机置乱排序，完成数据的压缩与第二次加密，使用Arnold变换进行三次加密，采用阈值法解出直流分量备用，在完成数据解密后使用Split-Bregman算法进行图像重构，可有效降低数据维度。基于小波域纹理分析，对机房图像目标信息保密性能优化，以人眼视觉对不同亮度范围产生的视觉敏感性为依据，获取加密后的机房信息置乱图像，提高机房的隐私安全性，有广泛的应用前景。基于包含离散混沌系统，根据加密强度需求选择不同的混沌系统组合，为了改变密文外观特性，将密文按位切割成3个数据后伪装隐藏在一个处理后的公开图像内，进行图像直方图分析，在图像保密传输中具有应用潜力。常用的光谱匹配方法大多是按照识别判据实现图谱目标识别，未曾对光谱特征实施增强处理，且进行光谱识别时，需识别的目标信息特征因噪声的影响而变得显著性较差，如果不使用针对性方法增强图谱中此类光谱，将影响图谱目标识别精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，用于对面向空间态势的震后重建图谱信息主动加密。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，包括以下步骤：S1：通过增强光谱特征识别面向空间态势的震后重建图谱的目标信息；S2：通过混沌序列对面向空间态势的震后重建图谱信息的目标信息位置与像素值进行加密。按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：S11：读入面向空间态势的震后重建图谱作为待识别光谱；S12：选择震前标准光谱作为对比光谱；S13：多分辨率分解待识别光谱的各个像元得到系数向量；对待识别光谱的各个像元对应的光谱向量进行一维小波分解，每个像元分别对应一个一维光谱向量；对分解获取的小波系数进行非线性增强，设输入信号为Cj，输入信号Cj通过小波变换滤波器组的低通滤波器T输出的小波系数为Cj+1，输入信号Cj通过小波变换滤波器组的高通滤波器F输出的小波系数为Ej+1；通过小波分解后，每个像元所对应的一维光谱向量为由小波系数构建的系数向量，用于充分描述原始图谱里光谱信号的细节特征；S14：采用指数函数作为增强函数对系数向量进行非线性转换，增强微弱的光谱特征差异；使增强函数处理后的系数向量在待识别光谱和对比光谱的特征差异不显著的波段中，光谱差异变化不显著；增强函数处理后的系数向量在待识别光谱和对比光谱的特征差异显著的波段中，光谱差异被显著增强；S15：按照待识别光谱和对比光谱的相似程度，通过匹配光谱角分辨待识别光谱的种类，识别待识别光谱的目标信息。进一步的，所述的步骤S14中，具体步骤为：设系数向量为Y，调节因子为d和θ，运算表示对向量Y中的各个分量取θ次方；设面向空间态势的震后重建图谱的波段数为N，是波段数为N的系数向量，则：设非线性变换后得到的新向量为H，则增强函数为：通过增强函数对面向空间态势的震后重建图谱的各个像元进行非线性转换后，便于识别系数向量中微弱的光谱特征差异。进一步的，所述的步骤S15中，具体步骤为：把每个光谱曲线设为存在方向、长度的向量，并投影至M维空间里，则每个光谱的夹角为光谱角；在待识别光谱的多维空间里，采用光谱角ξ表示待识别光谱hj和对比光谱sj的近似水平，设控件的维度为j，j＝1，2，…，M；ξ的取值区间为0～π/2，ξ值越小，表示待识别光谱和对比光谱的近似水平越显著：按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：S21：读入面向空间态势的震后重建图谱作为待加密图谱，建立混沌序列；S22：通过混沌序列的伪随机性与遍历性，随机转换待加密图谱的目标像素位置；S23：根据移位密码转换待加密图谱的像素值。进一步的，所述的步骤S21中，具体步骤为：S211：设面向空间态势的震后重建图谱的目标信息为大小为a×b的像素矩阵B；S212：设混沌序列的组数为x，超混沌系统的状态变量分别为ix、jx、ix用于加密面向空间态势的震后重建图谱的目标像素位置信息，jx、用于加密面向空间态势的震后重建图谱的目标像素值；则通过超混沌系统建立长度为a×b的混沌序列为：进一步的，所述的步骤S22中，具体步骤为：S221：根据光栅扫描顺序将像素矩阵B转换为一维数组Qt：Qt＝B(a,b)(5)；S222：将混沌序列ix根据升序或降序排列，获取新的有序序列tix；将tix在混沌序列ix里的位置索引为序列值，建立满足[1，a×b]的混沌随机序列{rix|x＝1,2,3,...,a×b}；S223：根据序列值rix将一维数组Qt转换为新数组Q，置乱像素位置：Q＝Qt(rix)(6)；根据光栅扫描顺序采用新的数组Q进行重建，得到像素均匀分布的、不存在任何差异的图谱目标信息。进一步的，所述的步骤S23中，具体步骤为：S231：将混沌序列转换为8位无符号整数序列，用round()表示取最近整数函数，mod是一个求余函数，设像素扩展与混淆处理的可用混沌序列为rjx、则将混沌序列转换为8位无符号整数为：S232：设待加密图谱中当前被加密明文像素为Q(x)；当前明文像素加密后的密文像素为D(x)，前一密文像素为D(x-1)；设加密初始密文D(0)为密钥，通过序列的随机序列值，让密钥空间变大a×b倍，则扩散待加密图谱的目标像素值为：S233：通过移位密码混淆扩散后的图谱目标像素值：将D(x)转换成大小为a×b的像素矩阵A获取待加密图谱的加密信息为：D(x)＝(D(x)+rjx)mod256(9)；图谱目标像素值通过扩散与混淆转换后，原图谱的灰度统计特征全部发生变化；根据光栅扫描顺序通过像素值加密数组D重建像素矩阵A，建立加密图谱文件，实现对待加密图谱的信息加密。进一步的，还包括以下步骤：与加密方法对应的解密方法；对加密后的图谱进行解密时，依次进行像素值混淆解密、像素值扩散解密、像素位置解密；像素值混淆解密的函数为：D(x)＝(D(x)-rjx)mod256(10)，像素值扩散解密的函数为：像素位置解密的函数为：Qt＝Q((a-1)rix+b)(12)，解密后图谱逆转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：通过增强光谱特征识别面向空间态势的震后重建图谱的目标信息；/nS2：通过混沌序列对面向空间态势的震后重建图谱信息的目标信息位置与像素值进行加密。/n

【技术特征摘要】
1.面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过增强光谱特征识别面向空间态势的震后重建图谱的目标信息；
S2：通过混沌序列对面向空间态势的震后重建图谱信息的目标信息位置与像素值进行加密。


2.根据权利要求1所述的面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：
S11：读入面向空间态势的震后重建图谱作为待识别光谱；
S12：选择震前标准光谱作为对比光谱；
S13：多分辨率分解待识别光谱的各个像元得到系数向量；对待识别光谱的各个像元对应的光谱向量进行一维小波分解，每个像元分别对应一个一维光谱向量；对分解获取的小波系数进行非线性增强，设输入信号为Cj，输入信号Cj通过小波变换滤波器组的低通滤波器T输出的小波系数为Cj+1，输入信号Cj通过小波变换滤波器组的高通滤波器F输出的小波系数为Ej+1；通过小波分解后，每个像元所对应的一维光谱向量为由小波系数构建的系数向量，用于充分描述原始图谱里光谱信号的细节特征；
S14：采用指数函数作为增强函数对系数向量进行非线性转换，增强微弱的光谱特征差异；使增强函数处理后的系数向量在待识别光谱和对比光谱的特征差异不显著的波段中，光谱差异变化不显著；增强函数处理后的系数向量在待识别光谱和对比光谱的特征差异显著的波段中，光谱差异被显著增强；
S15：按照待识别光谱和对比光谱的相似程度，通过匹配光谱角分辨待识别光谱的种类，识别待识别光谱的目标信息。


3.根据权利要求2所述的面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：所述的步骤S14中，具体步骤为：
设系数向量为Y，调节因子为d和θ，运算表示对向量Y中的各个分量取θ次方；设面向空间态势的震后重建图谱的波段数为N，是波段数为N的系数向量，则：



设非线性变换后得到的新向量为H，则增强函数为：



通过增强函数对面向空间态势的震后重建图谱的各个像元进行非线性转换后，便于识别系数向量中微弱的光谱特征差异。


4.根据权利要求3所述的面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：所述的步骤S15中，具体步骤为：
把每个光谱曲线设为存在方向、长度的向量，并投影至M维空间里，则每个光谱的夹角为光谱角；
在待识别光谱的多维空间里，采用光谱角ξ表示待识别光谱hj和对比光谱sj的近似水平，设控件的维度为j，j＝1，2，…，M；ξ的取值区间为0～π/2，ξ值越小，表示待识别光谱和对比光谱的近似水平越显著：





5.根据权利要求1所述的面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：
S21：读入面向空间态势的震后重建图谱作为待加密图谱，建立混沌序列；
S22：通过混沌序列的伪随机性与遍历性，随机转换待加密图谱的目标像素位置；
S23：根据移位密码转换待加密图谱的像素值。


6.根据权利要求5所述的面向空间态势的震后重建图谱信息加密方法，其特征在于：所述的步骤S21中，具体步骤为：
S211：设面向空间态势的震后重建图谱的目标信息为大小为a×b的像素矩阵B；
S212：设混沌序列的组数为x，超混沌系统的状...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭懋磊，李垠，特木其勒，吴昊，黎永东，张亦梅，刘可，吕筱，张萍，
申请(专利权)人：湖北省地震局中国地震局地震研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42