一种基于三维Logistic映射的图像双重置乱方法
【专利摘要】一种基于三维Logistic映射的图像双重置乱方法，属于数字图像处理领域。图像正置乱过程：先获取待置乱图像IMAGE的尺寸为M×N，根据三维Logistic映射公式分别获取5×M×N个三维Logistic映射函数值，分别取5×M×N的末尾M个第一维、5×M×N的末尾N个第二维和5×M×N的末尾M×N个第三维的Logistic函数值，并分别对他们进行升序排序，得到位置序列index1、index2和index3；用序列index1和index2对IMAGE进行像素位置置乱，得到图像Image，再将Image一维化为image；再用index3取余255的结果与image进行异或运算，改变图像像素值，得到图像fig，并将fig转换为IMAGE图像尺寸大小，得到图像FIG，即为置乱图像。本发明利用三维Logistic映射的函数值序列分别改变待置乱图像的像素位置和像素值，实现了对图像的双重置乱；具有置乱的通用性强，安全性好的优点。
【专利说明】—种基于三维Logistic映射的图像双重置乱方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三维Logistic映射的图像双重置乱方法，是一种信息隐藏预处理方法和图像加密手段，属于数字图像处理领域。
【背景技术】
[0002]近年来，随着社会科学技术以及信息技术的发展，数字化信息正以各种形式在网络上迅速便捷的传输，数字图像也因此克服了往日因其存储量大带来的困难，并逐渐成为人们信息交流的重要载体。但在现实生活中大多图像信息是要求保密的，因此图像信息的安全与保密性也逐渐受到人们密切的关注，数字图像置乱技术因此迅速发展了起来，并得到了广泛的应用。多年来，学者们研究了很多置乱方法，这些置乱方法主要分为两类:一类是像素位置置乱，如=Arnold置乱、幻方置乱、骑士巡游置乱以及生命游戏置乱等；另一类是像素值置乱，如=Gray码置乱和混沌置乱等。其中第一类置乱方法只改变像素位置，没有考虑置乱后的像素位置是否均匀扩散到整幅图像中，这样不能完全保证置乱方法的安全性；另一类置乱方法只改变像素值，方法较为单调，有些方法的相邻像素点之间还存在着很大的相关性。
[0003]已有的两类置乱方法陆续被研究者提出，而且各有优缺点，但将这两类置乱方法结合使用的方法破少，而且两者结合能将两者的缺点互相覆盖，是一种安全性较高的方法，因此研究一种安全性高且适用性好的双重置乱方法颇具有挑战性。
【发明内容】
[0004]为了解决上述存在的技术问题，本发明提出一种三维Logistic映射的图像双重置乱方法，该方法实现简单，安全性好，置乱度较高，通用性较好，并且能抵抗一定的攻击，可以较好的用于信息隐藏的预处理和图像加密，而且可以满足数字图像加密和隐藏的鲁棒性要求。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的:一种基于三维Logistic映射的图像双重置乱方法，其特征在于:该置乱方法分为图像的正置乱、图像的逆置乱两部分；
[0006]所述的图像正置乱过程如下:
[0007]设待置乱图像为IMAGE、迭代次数为cycle、随机数密钥为key,置乱后的图像为FIG ;利用三维Logistic映射的函数值序列分别改变待置乱图像的像素位置和像素值，从而得到置乱后的图像；步骤如下:
[0008]I)定义迭代次数CyCle=k ；
[0009]2)获取待置乱图像IMAGE的尺寸为MXN，根据三维Logistic映射公式分别获取5 XMX N个三维Logistic映射函数值，分别取5 XMX N的末尾M个第一维、5 XMX N的末尾N个第二维和5 XMXN的末尾MXN个第三维的Logistic函数值，并分别对他们进行升序排序，得到位置序列indexl、index2和index3 ；
[0010]3) 一次迭代开始:用序列indexl和index2对IMAGE进行像素位置置乱,得到图像Image，并将其赋值给IMAGE，一次迭代结束；
[0011]4)如果cycle不等于k，说明迭代次数未完成，转到步骤3)继续迭代，直到迭代次数为k，此时得到的图像结果为Image ；
[0012]5)将Image —维化为image ;再用index3取余255的结果与image进行异或运算，改变图像像素值，得到图像fig，并将其转换为IMAGE图像尺寸大小的图像Fig，输出最终结果为FIG，FIG即为置乱后图像；至此，正置乱过程结束；
[0013]正置乱在置乱密钥的前提下得到了置乱后的图像FIG，从FIG中看不到原始图像的任何信息，FIG置乱效果好，保证了原始信息的安全性。
[0014]第二部分是图像的逆置乱，即置乱图像的恢复。
[0015]图像正逆置乱过程如下:设待置乱图像为FIG、迭代次数为cycle，随机数密钥为key，置乱后的图像为OUT ;根据得到的置乱图像，按照正置乱的逆过程进行置乱图像的恢复，具体步骤如下:
[0016]I)定义迭代次数cycle=k ;
[0017]2)同正置乱过程一样,获取相同的indexl、index2、index3 ；
[0018]3)将置乱图像FIG —维化为fig，再用index3取余255的结果与fig进行异或运算，得到图像fin,并将fin升维成FIG大小的图像Fig ；
[0019]4) 一次迭代开始:用序列indexl和index2对Fig进行像素位置逆置乱,得到图像Out，并将结果赋值给Fig,则一次迭代结束；
[0020]5)如果cycle不等于k，说明迭代次数未完成，转到步骤4)继续迭代，直到迭代次数为k，此时得到的Out输出为OUT，OUT即为置乱后图像；至此，逆置乱过程结束。
[0021]在置乱密钥的前提下，经逆置乱过程恢复的图像OUT与原始图像无丝毫差别，达到完全恢复原始图像的目的。
[0022]本发明的有益效果:本发明方案，利用三维Logistic映射的函数值序列分别改变待置乱图像的像素位置和像素值，实现了对图像的双重置乱，并得到了无损失的置乱恢复图像，且置乱图像能抵抗一定的几何攻击。本发明所采用的方法包括图像正置乱过程和图像逆置乱过程两大部分，第一部分是图像的正置乱过程:有三个输入为待置乱图像IMAGE、迭代次数cycle以及随机数密钥key，一个输出为置乱后的图像FIG ;过程是利用三维Logistic映射的函数值序列分别改变待置乱图像的像素位置和像素值，从而得到置乱后的图像。(I)定义迭代次数cycle=k;(2)获取待置乱图像IMAGE的尺寸为MXN，根据三维Logistic映射公式分别获取5XMXN个三维Logistic映射函数值，分别取5XMXN的末尾M个第一维、5XMXN的末尾N个第二维和5XMXN的末尾MXN个第三维的Logistic函数值，并分别对他们进行升序排序，得到位置序列indexl、index2和index3 ; (3)—次迭代开始:用序列indexl和index2对IMAGE进行像素位置置乱，得到图像Image，并将其赋值给IMAGE，一次迭代结束；(4)如果cycle不等于k，说明迭代次数未完成，转到步骤(3)继续迭代，直到迭代次数为k,此时得到的图像结果为Image ； (5)将Image —维化为image ;再用index3取余255的结果与image进行异或运算，改变图像像素值，得到图像fig，并将其转换为IMAGE图像尺寸大小的图像Fig，输出最终结果为FIG，FIG即为置乱后图像；至此，正置乱过程结束。正置乱在置乱密钥的前提下得到了置乱后的图像FIG，从FIG中看不到原始图像的任何信息，FIG置乱效果好，保证了原始信息的安全性。第二部分是图像的逆置乱，即置乱图像的恢复。有三个输入为待置乱图像FIG、迭代次数cycle以及随机数密钥key，一个输出为置乱后的图像OUT ;根据得到的置乱图像，按照正置乱的逆过程进行置乱图像的恢复。(I)定义迭代次数cycle=k ; (2)同正置乱过程一样,获取相同的indexl、index2、index3 ; (3)将置乱图像FIG —维化为fig，再用index3取余255的结果与fig进行异或运算，得到图像fin,并将fin升维成FIG大小的图像Fig ； (4)一次迭代开始:用序列indexl和index2对Fig进行像素位置逆置乱，得到图像Out，并将结果赋值给Fig，则一次迭代结束；(5)如果cycle不等于k，说明迭代次数未完成，转到步骤(4)继续迭代，直到迭代次数为k，此时得到的Out输出为OUT，OUT即为置乱后图像；至此，正置乱过程结束。
[0023]在置乱密钥的前提下，经逆置乱过程恢复的图像OUT与原始图像无丝毫差别，达到完全恢复原始图像的目的。
[0024]本发明与现有的图像置乱技术比较有以下优点:
[0025]由于本发明是一种三维Logistic映射的图像双重置乱方法，方法是利用三维Logistic映射的函数值序列分别改变待置乱图像的像素位置和像素值，结合了像素位置置乱和像素值置乱两类方法的特性，实现了对图像的双重置乱，而且方法实现简单，解决了已有方法实现效率低等问题。
[0026]本发明提出的方法是利用三维Logistic映射的函数值序列对图像像素位置进行调整以及对图像像素值进行改变，对图像尺寸没有要求，因此该发明对图像的通用性较强。
[0027]该方法能抵抗来自剪切、加噪、压缩和滤波的攻击，且恢复图像的可读性不受影响，可以较好的用于信息隐藏的预处理和图像加密，而且可以满足数字图像加密和隐藏的鲁棒性要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1 (a) 2000个三维Logistic映射点在三维空间中的整体分分布图。
[0029]图1 (b) 2000个三维Logistic映射点在xy平面上的分布图。
[0030]图1 (c) 2000个三维Logistic映射点在yz平面上的分布图。
[0031]图1 (d) 2000个三维Logistic映射点在zx平面上的分布图。
[0032]图2 (a)是标准Iena原始图像。
[0033]图2 (b)是标准Iena图经本方法置乱后的图。
[0034]图2 (C)是标准Iena图置乱后的恢复图。
[0035]图2 (d)是宽矩形Iena图。
[0036]图2 (e)是宽矩形Iena图经本方法置乱后的图。
[0037]图2 (f)是宽矩形Iena图置乱后的恢复图。
[0038]图2 (g)是高矩形Iena图。
[0039]图2 (h)是高矩形Iena图经本方法置乱后的图。
[0040]图2 (i)是高矩形Iena图置乱后的恢复图。
[0041]图3是用灰度值连续置乱度评价方法对本方法的置乱程度进行的评价曲线图。
[0042]图4 (a)标准Iena原始图像的直方图。
[0043]图4 (b)标准Iena图经本方法置乱后图像的直方图。
[0044]图5 (a)本方法经过剪切攻击后的置乱图像。[0045]图5(b)本方法经过剪切攻击后的恢复图像。
[0046]图5(C)本方法经过加入噪声密度为0.15的椒盐噪声攻击后的置乱图像。
[0047]图5Cd)本方法经过加入噪声密度为0.15的椒盐噪声攻击后的恢复图像。
[0048]图5(e)本方法经过品质因子为0.7的JPEG压缩攻击后的置乱图像。
[0049]图5(f)本方法经过压缩攻击后的恢复图像。
[0050]图5(g)本方法经过高斯低通滤波攻击后的置乱图像。
[0051]图5(h)本方法经过高斯低通滤波攻击后的恢复图像。
【具体实施方式】
[0052]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0053]以下从理论基础进行说明:
[0054]I)三维Logistic映射函数
[0055]一维Logistic映射是数学生态学家R.May在英国的《自然》杂志上发表的一篇综述中所提出的，据一维的Logistic映射,给出三维Logistic映射的形式如下:
[0056]
【权利要求】
1.一种基于三维Logistic映射的图像双重置乱方法，其特征在于:该置乱方法分为图像的正置乱、图像的逆置乱两部分； 所述的图像正置乱过程如下: 设待置乱图像为IMAGE、迭代次数为cycle、随机数密钥为key，置乱后的图像为FIG ;利用三维Logistic映射的函数值序列分别改变待置乱图像的像素位置和像素值，从而得到置乱后的图像；步骤如下: 1）定义迭代次数cycle=k ； 2)获取待置乱图像IMAGE的尺寸为MXN，根据三维Logistic映射公式分别获取.5 XMX N个三维Logistic映射函数值，分别取5 XMX N的末尾M个第一维、5 XMX N的末尾N个第二维和5XMXN的末尾MXN个第三维的Logistic函数值，并分别对他们进行升序排序，得到位置序列indexl、index2和index3 ； 3)—次迭代开始:用序列indexl和index2对IMAGE进行像素位置置乱，得到图像Image，并将其赋值给IMAGE，一次迭代结束； 4)如果cycle不等于k，说明迭代次数未完成，转到步骤3)继续迭代，直到迭代次数为k，此时得到的图像结果为Image ； 5)将Image—维化为image ;再用index3取余255的结果与image进行异或运算，改变图像像素值，得到图像fig，并将其转换为IMAGE图像尺寸大小的图像Fig，输出最终结果为FIG，FIG即为置乱后图像；至此，正置乱过程结束； 所述的图像正逆置乱过程如下: 设待置乱图像为FIG、迭代次数为cycle，随机数密钥为key，置乱后的图像为OUT ;根据得到的置乱图像，按照正置乱的逆过程进行置乱图像的恢复，具体步骤如下: 1）定义迭代次数cycle=k ； 2)同正置乱过程一样,获取相同的indexl、index2、index3； 3)将置乱图像FIG—维化为fig，再用index3取余255的结果与fig进行异或运算，得到图像fin,并将fin升维成FIG大小的图像Fig ； 4)一次迭代开始:用序列indexl和index2对Fig进行像素位置逆置乱,得到图像Out,并将结果赋值给Fig，则一次迭代结束； 5)如果cycle不等于k，说明迭代次数未完成，转到步骤4)继续迭代，直到迭代次数为k，此时得到的Out输出为OUT，OUT即为置乱后图像；至此，逆置乱过程结束。
【文档编号】G06T1/00GK103606126SQ201310627540
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】范铁生, 张忠清, 吕红, 李响 申请人:辽宁大学