[发明专利]一种基于FCM聚类的图像加密方法

说明书

本发明属于图像处理领域，提出了一种基于FCM聚类的图像加密方法，基于FCM模糊聚类算法提出一种新的图像加密方法，该方法的主要思想是首先通过一维混沌所生产的像素坐标作为要聚类的点。然后将这些点通过FCM模糊聚类进行聚类操作，对聚类后的每个簇根据其尺寸大小在外部进行排序，簇内则按自然顺序排列即可，进而得到置乱图像。最后，通过时空混沌所产生的混沌序列矩阵与置乱后的图像矩阵进行异或操作，完成扩散步骤。所提出的加密方法安全性高，有很强的密钥敏感性，可以很好的抵御各种暴力攻击和统计攻击等，而且，本发明是基于成熟的理论所设计的，有很强的适用性，实用并且安全的。

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及一种基于FCM聚类的图像加密方法，具体应用于图像加密过程中。

背景技术

随着互联网科技的不断拓展，网络安全问题也随之变得更为重要。无论工作还是生活中图像都成为人们广泛应用的一种传输媒介，因此，如何保证图像的传输安全就变得尤为重要。近年来，人们不断的提出新的图像加密技术，其中混沌系统的多种特点使其很好的用于图像加密领域，它的不可预测性以及类随机性等特点都与密码学很好的契合，这也使得人们对于基于混沌的图像加密技术进行了不断的深究。

然而，现在大部分方案还存在一定的缺陷，由于通过自己设定的规则来构建加密方案，难免会存在一定程度的逻辑不足问题，这就使其对于现有的统计和安全攻击的鲁棒性不强。因此，本章提出一种较为成熟的图像加密方案，克服了现有方案的一些不足。该方案首先通过置乱阶段，打乱图像像素值间的强相关性和排列位置，然后通过扩散实现图像的加密。

Wang等提出了一种于Logistic映射的图像交替加密算法(X Wang，K Guo.A newimage alternate encryption algorithm based on chaotic map.Nonlinear Dynamics,2014,76(4):1943-1950),Wang也提出了一种于耦合映射格子和“选择器”的图像加密方案(XY Wang，XM Bao.A novel block cryptosystem based on the coupled chaotic maplattice.Nonlinear Dynamics,2013,72(4):707-715)，对其进行安全性分析可以发现其像素间的相关性抺灭的不够强烈，信息熵也显示出其混沌程度不够，故其抗攻击性不强。

发明内容

本发明的目的在于解决敏感性低和抗攻击能力不足等问题，提出了一种建立在成熟理论上的图像加密方法。基于FCM模糊聚类算法提出一种新的图像加密方法，该方法的主要思想是首先通过一维混沌所生产的像素坐标作为要聚类的点。然后将这些点通过FCM模糊聚类进行聚类操作，对聚类后的每个簇根据其尺寸大小在外部进行排序，簇内则按自然顺序排列即可，进而得到置乱图像。最后，通过时空混沌所产生的混沌序列矩阵与置乱后的图像矩阵进行异或操作，完成扩散步骤。

本发明的具体技术方案如下：

第一步：计算图像的像素和，通过安全散列算法获取的哈希值经过计算后作为Logistic混沌和时空混沌系统的初始值；

第二步：利用初始值迭代混沌系统，所得到的混沌序列作为图像置乱和扩散的操作参数，其中Logistic辅助混沌系统作为置乱序列，时空混沌所产生的序列用作异或扩散操作；

第三步：将上步中所生成的两个Logistic混沌序列作为待聚类的对象坐标，然后按照生成的聚类中心进行FCM聚类操作，对每一个聚类对象通过计算与各中心的欧几里得距离后，找出最强的成员资格值存储到该类别中。实现图像像素位置的置乱，聚类后的图像即为置乱图像；

第四步：对第二步所得的时空混沌序列进行数据处理，得到三组用于扩散的混沌序列，然后将置乱图像左右平分后所得到的像素矩阵，分别与混沌序列异或操作后，结合两部分为新的像素矩阵，实现图像的扩散操作，最终得到密文图像。