一种基于混沌序列的机载电视制导传输图像加密方法技术

提供一种基于混沌序列的机载电视制导传输图像加密方法，其加密步骤包括：图像灰度化及像素填充，行置乱加密，图像分块化及中心图像的提取，对中心图像进行列置乱加密，对中心图像进行猫映射加密；其解密步骤包括：图像分块化并提取中心图像，中心图像广义猫映射像素置乱解密，中心图像列解密，图像行解密。该方法采用提取中间图像加密的方式实现了快速性，减少密钥的数量，减小内存占用。减小内存占用。减小内存占用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混沌序列的机载电视制导传输图像加密方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于混沌序列的机载电视制导传输图像加密方法。

技术介绍

[0002]在互联网飞速发展的时代，数字图像由于直观性强、信息量丰富，在各种领域获得广泛应用和研究，图像信息已经成为现代人类进行信息传递交流的重要方式之一。与此同时，图像传输的相关安全问题也引起人们的关注。因此，越来越多的学者致力于研究这一课题，近年来，各种新型的加密算法、加密方式层出不穷，这给图像传输的加密方式提供了无限可能。每种加密方式都有其自身的优点或短板，将几种加密方式合理组合运用往往能够起到取长补短的效果，大大加强图像传输的安全性能。同时根据实际情况，设计不同的加密方式来实现特定的功能或赋予理想的特性。在军事领域中，信息安全变得日益重要，各国军方着眼信息化战场，对信息的窃取与反窃取技术日益成熟。
[0003]空空、空地导弹作为空空作战、空地作战的主要武器，对夺取制空权以及地面目标打击具有不可替代的作用。随着空战的需求以及科学技术日新月异，空地导弹的性能逐步提高，现在已经发展成为多射程、系列化，海、陆、空通用化和制导方式多样化的空地导弹家族。机载电视制导导弹使用的复合制导系统或遥控制导系统，需依据现阶段导弹导引头回传图像的目标信息，对导弹下达控制指令，控制导弹飞向目标。敌方可以通过侦听，截获导弹回传的图像信息，进而实施防御和有针对性的干扰，为防止图像中的目标信息被敌方破译，需要设计针对电视制导系统图像的加密方法，特别是需要针对攻击目标，设计对于图像中心区域，也就是目标特性的保护。
[0004]导弹逐渐成为现代战争中重要的战略威慑力量和主要战术手段。地面战勤实时接收来自导弹传回的图像，以确保导弹的正确飞行顺利击中目标。空地图像传输是重要的一环，务必在此过程中对图像进行实时加密，以避免由于图像信息被截获而造成的导弹拦截等情况。针对战场情况瞬息万变的特点，要求图像加密技术兼备快速性与安全性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于混沌序列的机载电视制导传输图像加密方法，具体包括下列步骤：
[0006]一、加密步骤
[0007]第一步：图像灰度化及像素填充
[0008]获取待加密的原始图像大小M*N，M、N为大于等于16的非零自然数且为 16的倍数；将图像的像素点表示为P(0，0)、P(0，1)...P(i，j)...P(M，N)；i、j表示像素点的横纵坐标，也就是该像素点位于第i行，第j列；将原始图像按照加权平均公式
[0009]P(i，j)＝0.299*R(i，j)+0.578G(i，j)+0.114*B(i，j)
ꢀꢀꢀꢀ①
[0010]进行图像灰度化，得到灰度图像P0；进行边界补充0操作，0表示黑色，使得图像长
和宽相等；具体为：如果M≤N，则通过补图的方式将图像补充为N*N的新图像；如果M＞N，则通过补图的方式将图像补充为M*M的新图像；假设补充后获得的图像P1大小为M*M，其像素值矩阵记作A1；
[0011]第二步：行置乱加密
[0012]2.1逻辑Logistic映射
[0013]一维Logistic映射的数学模型的非线性迭代方程：
[0014]X
k+1
＝μX
k
(1
‑
X
k
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
[0015]其中，μ∈[0，4]被称为Logistic参数；k为大于等于1的任意自然数。当3.57≤μ≤4 时，X
k
为根据公式
②
迭代生成的随机数，X
k
进入混沌状态；而在此范围之外，生成的数列X0、X1、X2…
X
k
必将收敛于某一个特定的值；
[0016]2.2定义区间R
[0017]定义区间长度为区间对应图像第一行所有像素，区间对应图像第二行所有像素......，区间对应图像第i行所有像素 (i＝1，2
…
M)；
[0018]2.3行置乱算法步骤
[0019]给定Logistic映射参数μ、初值X0；μ与X0与时间常数T相对应，详情见表 2.
[0020]表2 Logistic参数表
[0021][0022]根据公式
②
，经过一次迭代产生混沌值X1，判断X1所属区间R，若X1∈R
h
，则将第一行的像素点与第h行的像素点置换；
[0023]经过M次迭代，对每一行像素点进行上述操作，就完成了对图像的行加密；将加密后图像记作P2，行加密后图像像素矩阵表示为A2；
[0024]第三步：图像分块化及中心图像的提取
[0025]将P2进行分块，分为大小为的256个像素块；表示为Q(0，0)、Q(0，1)
……
Q(15，15)；
[0026]则灰度图像像素块矩阵表示为
[0027][0028]提取中间部分图像P3构造新的像素矩阵A3，图像P3大小为
[0029][0030]由此完成对图像的预处理；
[0031]第四步：对中心图像进行列置乱加密
[0032]4.1定义区间R
′
[0033]定义区间长度为区间对应图像第一列所有像素，区间对应图像第二列所有像素......，区间对应图像第 t列所有像素t表示的是中心图像的像素点列数，而不是像素块的列数；
[0034]4.2列置乱算法步骤
[0035]1.基于2.3中logistic参数μ、初值X0；
[0036]2.经过一次迭代产生混沌值X1，判断X1所属区间R，若X1∈R
h
，则将第一列的像素点与第h列的像素点置换；经过次迭代，对每一列像素点进行上述操作，则完成对中心图像P3的列置乱加密；将加密后的中心图像记作P4大小为图像像素矩阵表示为A4；
[0037]第五步：对中心图像进行猫映射加密
[0038]在预处理的基础上，基于猫映射对中间图像进行再加密；
[0039]5.1广义猫映射：
[0040]将猫映射应用于图像加密，需先将原始的猫映射离散化；即p
n
，q
n
(n＝0，1，2
…
) 的取值均为正整数，p
n
、q
n
分别表示像素点的横纵坐标；得到下面的广义猫映射：
[0041][0042]其中，a，b均为正整数，a，b都小于M，行列式|C|＝1；
[0043]5.2加密步骤：
[0044]Step1：令过程参数
[0045]a＝mod(M，9)+1；
[0046]b＝mod(N，9)+1；
[0047]k＝(mod(M，9)+10)(mod(N，9)+10)；
[0048]构成矩阵C；
[0049][0050]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混沌序列的机载电视制导传输图像加密方法，其特征在于，具体包括下列步骤：一、加密步骤第一步：图像灰度化及像素填充获取待加密的原始图像大小M*N，M、N为大于等于16的非零自然数且为16的倍数；将图像的像素点表示为P(0，0)、P(0，1)...P(i，j)...P(M，N)；i、j表示像素点的横纵坐标，也就是该像素点位于第i行，第j列；将原始图像按照加权平均公式P(i，j)＝0.299*R(i，j)+0.578G(i，j)+0.114*B(i，j)
ꢀꢀ①
进行图像灰度化，得到灰度图像P0；进行边界补充0操作，0表示黑色，使得图像长和宽相等；具体为：如果M≤N，则通过补图的方式将图像补充为N*N的新图像；如果M＞N，则通过补图的方式将图像补充为M*M的新图像；假设补充后获得的图像P1大小为M*M，其像素值矩阵记作A1；第二步：行置乱加密2.1逻辑Logistic映射一维Logistic映射的数学模型的非线性迭代方程：X
k+1
＝μX
k
(1
‑
X
k
)
ꢀꢀ②
其中，μ∈[0，4]被称为Logistic参数；k为大于等于1的任意自然数。当3.57≤μ≤4时，X
k
为根据公式
②
迭代生成的随机数，X
k
进入混沌状态；而在此范围之外，生成的数列X0、X1、X2…
X
k
必将收敛于某一个特定的值；2.2定义区间R定义区间长度为区间对应图像第一行所有像素，区间对应图像第二行所有像素......，区间对应图像第i行所有像素(i＝1，2
…
M)；2.3行置乱算法步骤给定Logistic映射参数μ、初值X0；μ与X0与时间常数T相对应，详情见表2.表2 Logistic参数表根据公式
②
，经过一次迭代产生混沌值X1，判断X1所属区间R，若X1∈R
h
，则将第一行的像素点与第h行的像素点置换；经过M次迭代，对每一行像素点进行上述操作，就完成了对图像的行加密；将加密后图像记作P2，行加密后图像像素矩阵表示为A2；第三步：图像分块化及中心图像的提取
将P2进行分块，分为大小为的256个像素块；表示为Q(0，0)、Q(0，1)
……
Q(15，15)；则灰度图像像素块矩阵表示为提取中间部分图像P3构造新的像素矩阵A3，图像P3大小为大小为由此完成对图像的预处理；第四步：对中心图像进行列置乱加密4.1定义区间R
′
定义区间长度为区间对应图像第一列所有像素，区间对应图像第二列所有像素......，区间对应图像第t列所有像素t表示的是中心图像的像素点列数，而不是像素块的列数；4.2列置乱算法步骤1.基于2.3中logistic参数μ、初值X0；2.经过一次迭代产生混沌值X1，判断X1所属区间R，若X1∈R
h
，则将第一列的像素点与第h列的像素点置换；经过次迭代，对每一列像素点进行上述操作，则完成对中心图像P3的列置乱加密；将加密后的中心图像记作P4大小为图像像素矩阵表示为A4；第五步：对中心图像进行猫映射加密在预处理的基础上，基于猫映射对中间图像进行再加密；5.1广义猫映射：将猫映射应用于图像加密，需先将原始的猫映射离散化；即p
n
，q
n
(n＝0，1，2
…
)...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘勃，王栋，黄李龙，张欣，刘培欣，周向东，郗岳，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：