[发明专利]基于多参数分数阶变换和半张量积的图像加密方法及装置

说明书

本发明实施例提供了基于多参数分数阶变换和半张量积的图像加密方法及装置。方法包括：对待加密图像的像素，使用置乱矩阵改变其像素的位置，得到空域置乱图像；按照预设规则对所述空域置乱图像进行相位编码和多参数离散分数阶变换，得到变换图像；生成一个维度是所述变换图像的维度的因数且不等于1的方阵，作为密钥矩阵；将所述变换图像，按照所述密钥矩阵的维度均匀分成多个子矩阵；将密钥矩阵分别与每个子矩阵进行半张量积运算，得到每个子矩阵的运算结果；将所述多个子矩阵的运算结果进行整合，得到加密图像。本发明实施例结合空域置乱、分数域变换和半张量积理论对数字图像进行加密，提高了加密图像对抗统计攻击、噪声攻击和像素丢失的能力。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，特别是涉及基于多参数分数阶变换和半张量积的图像加密方法及装置。

背景技术

随着互联网技术与图像处理技术的飞速发展，数字图像可以在网络上方便、快捷地传输，但这同时也带来了图像信息安全隐患问题。而由于数字图像的像素间具有很高的相关性、冗余性等特征，传统的基于文本的加密方法不再适用于数字图像的加密处理。数字图像加密技术成为一个实用又亟待发展的技术。

现有的图像加密方法主要分为两大类：基于空域的加密算法和基于变换域的加密算法。

基于空域的图像加密算法是，通过一种方法生成一伪随机序列，基于该伪随机序列对数字图像进行置乱处理，从而得到密图；基于变换域的图像加密方法是，通过一种数学变换，将待加密的数字图像变换为一个由一组相互正交的矩阵构成的线性表达式，将该表达式中各个矩阵的系数作为加密图像中各个像素点的像素值，从而得到加密图像。

然而，现有的基于空域的图像加密方法只改变像素的位置，并不改变原始的像素值，导致安全性往往不高。而且，空域置乱得到的密图在传输过程中受到噪声攻击或是部分密图丢失都会严重降低解密图像的质量。基于变换域的图像加密方法的数学变换方式可能存在周期性，导致一种数学变换方式存在多个解密密钥，同时可选择的数学变换方式较少，从而使得解密图容易被破解，无法确保数字图像的安全传输。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于多参数分数阶变换和半张量积的图像加密方法及装置，以实现安全有效地加密数字图像。具体技术方案如下：

本发明提供的基于多参数分数阶变换和半张量积的图像加密方法，所述方法包括：

对待加密图像的像素，使用置乱矩阵改变其像素的位置，得到空域置乱图像；

按照预设规则对所述空域置乱图像进行相位编码和多参数离散分数阶变换，得到变换图像；

生成一个维度是所述变换图像维度的因数且不等于1的方阵，作为密钥矩阵；

将所述变换图像，按照所述密钥矩阵的维度均匀分成多个子矩阵；

将密钥矩阵分别与每个子矩阵进行半张量积运算，得到每个子矩阵的运算结果；

将所述多个子矩阵的运算结果进行整合，得到加密图像。

进一步的，所述按照预设规则对所述空域置乱图像进行相位编码和多参数离散分数阶变换，得到变换图像，包括：

生成一个维度与所述空域置乱图像的维度相等的矩阵，作为相位掩膜；

生成一个长度与所述空域置乱图像的列维度相等的向量，并以该向量的各元素作为参数，生成多参数离散分数阶算子；

按照下式对空域置乱图像进行处理，得到变换图像：

其中I为所述空域置乱图像，O为所述变换图像，j为复数单位，π为圆周率，α为所述相位掩膜，为多参数离散分数阶算子。