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CN112019701B - 一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法 - Google Patents

一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法 Download PDF

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CN112019701B CN202010936222.XA CN202010936222A CN112019701B CN 112019701 B CN112019701 B CN 112019701B CN 202010936222 A CN202010936222 A CN 202010936222A CN 112019701 B CN112019701 B CN 112019701B
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Abstract

本发明提供一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，适用于图像数据加密与解密传输。该方法主要是对图像数据进行归一化预处理后，首先进行一种可扩展的首次低通滤波变换，将变换参数作为第一密钥；然后进行二次低通滤波变换，将变换参数作为第二密钥，在进行非线性对称变换完成图像加密，并将变换参数作为第三密钥告知接收方，然后接收方采用三大密钥，依次进行相应的逆变换，完成图像数据的解密。该方法的优点在于无论是低通滤波变换还是非线性对称变换，都非常容易进行扩展，实现多次加密，提高文件的安全性。同时解密过程失真度小，而且解密方式与加密方式形式基本类似，仅参数不同，非常便于工程应用。

Description

一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法
技术领域
本发明涉及图像加密与还原领域，具体而言，涉及一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法。
背景技术
随着社会与网络的发展，越来越多的图像在互联网进行传播。在某些重要金融与军事领域，图像传播的安全性引起了越来越多研究者的关重。图像加密与解密技术在近几十年得到了快速的发展。低通滤波器一般应用与数字信号处理，用于对带有噪声信号的滤波。但其也可以应用于图像信号的加密与解密。目前有光应用低通滤波进行加密解密的研究不多，主要原因是加密容易解密难。由于解密过程不可避免地进行微分运算，非常容易导致信号失真，从而使得恢复出来的图像无法保证和原图像完全一致。
基于以上背景原因，本发明提出了一类可扩展的低通滤波与非线性对称变换相结合的方法，其完全无缝无奇点的解密使得图像无失真，因此可以进行多层变换加密解密，实现图像的高安全性传播，从而使得本发明具有很高的实际应用价值。
需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，进而在一定程度上克服传统图像加密解密算法中存在的不易扩展以及低通变换失真的问题。
步骤S10，采用计算机读取待加密传送文件，存为矩阵数组，然后进行数据转换处理；
步骤S20，对数据进行可扩展的首次低通滤波变换，得到首次低通滤波矩阵，并将首次低通滤波参数作为第一密钥；
步骤S30，针对所述的首次低通滤波矩阵数据进行二次低通滤波变换，得到二次低通滤波矩阵，并将二次低通滤波参数作为第二密钥；
步骤S40，针对所述的二次低通滤波矩阵，进行非线性对称变换，得到非线性对称矩阵数据，并将非线性对称变换参数作为第三密钥；
步骤S50，将非线性对称矩阵数据进行图像数据转换然后存储为图像文件，完成加密过程，并将加密数据文件发送出去；
步骤S60，在接收端接受发送文件并存储为矩阵数据，并进行数据预处理，得到接收端数据矩阵；
步骤S70，根据所述第三密钥，对接收端数据矩阵进行非线性对称逆变换，得到非线性对称逆变换矩阵数据；
步骤S80，根据所述的第二密钥，对非线性对称逆变换矩阵进行二次低通滤波逆变换，得到反二次低通滤波矩阵；
步骤S90，根据所述的第一密钥，对反二次低通滤波矩阵进行首次低通滤波逆变换，得到首次低通滤波逆矩阵；
步骤S100，针对所述的首次低通滤波逆矩阵，进行数据转换，存储为图片数据，得到解密后的文件，完成解密过程。
在本发明的一种示例实施例中，采用计算机读取待加密传送文件，存为矩阵数组，然后进行数据转换处理包括：首先选取待加密灰色图片文件，命名为rain.png。然后存为数据矩阵A1，然后求取其维数，记作m行n列。然后，对矩阵A1进行数据重组，得到1行m*n列行矩阵A2。最后，对A2进行简单归一化预处理，得到矩阵元素数字在区间(0,1)的归一化矩阵A3。
在本发明的一种示例实施例中，对数据进行可扩展的首次低通滤波变换，得到首次低通滤波矩阵包括：
Figure BDA0002672026490000031
Figure BDA0002672026490000032
Figure BDA0002672026490000033
其中T1，T2，T3，T4作为第一密钥告知接收方，为首次低通滤波变换参数，均为正的常值参数，其详细选取见后文案例实施。T0为离散时间常数，其详细选取见后文案例实施。A4即为最终得到的首次低通滤波矩阵，其维数为1行m*n列。而A4(i)为其第i个元素，1≤i≤mn。后续矩阵定义相同，不再重复说明。
Figure BDA0002672026490000034
为矩阵A3的速度向量，
Figure BDA0002672026490000035
为矩阵A4的速度向量，A3为首次低通滤波变换的输入矩阵，即由待加密文件进行数据转换处理后得到的归一化的行矩阵。
在本发明的一种示例实施例中，针对所述的首次低通滤波矩阵数据进行二次低通滤波变换，得到二次低通滤波矩阵包括：
Figure BDA0002672026490000036
Figure BDA0002672026490000037
其中W1，W2，W3，W4作为第二密钥告知接收方，为二次低通滤波变换参数，均为正的常值参数，其详细选取见后文案例实施。T0为离散时间常数。
Figure BDA0002672026490000038
为矩阵A4的速度向量，其数值无需重新计算，前面已经定义或计算求解。
A5即为最终得到的二次低通滤波矩阵，其维数为1行m*n列。而A5(i)为其第i个元素，1≤i≤mn。
Figure BDA0002672026490000039
为矩阵A5的速度向量，A4为二次低通滤波变换的输入矩阵，首次低通滤波矩阵。
在本发明的一种示例实施例中，针对所述的二次低通滤波矩阵，进行非线性对称变换，得到非线性对称矩阵数据包括：
当
Figure BDA0002672026490000041
时，
Figure BDA0002672026490000042
当
Figure BDA0002672026490000043
时，
Figure BDA0002672026490000044
其中F1，F2，F3，F4非线性对称变换参数为常值，其作为第三密钥告知接收方。A5为二次低通滤波矩阵，A6即为所得的非线性对称矩阵。
在本发明的一种示例实施例中，将非线性对称矩阵数据进行图像数据转换然后存储为图像文件包括：
imax＝max(A6)；imin＝min(A6)；
如果imax≠imin；
Figure BDA0002672026490000045
如果imax＝imin＞0；A7(i)＝1；
如果imax＝imin≤0；A7(i)＝0；
其中A6为所述的非线性对称矩阵数据，A7为归一化变换矩阵，其中max(A6)表示对矩阵A6的所有元素求最大值，记作imax。min(A6)表示对矩阵A6的所有元素求最小值，记作imin。
然后对A7进行数据重组，将其由1行m*n列矩阵，转换为m行n列矩阵A8，并存为图像数据文件，记作rain1.png。至此图像加密过程完成，并将加密后的图像文件rain1.png发送给远程接收端。
在本发明的一种示例实施例中，在接收端接受发送文件并存储为矩阵数据，并进行数据预处理，得到接收端数据矩阵包括：首先在远程接收端接收到发送的加密后图像文件，存储为rain2.png。其次，采用计算机对图像文件进行读取后，将数据存储为m行n列的矩阵A9。再将矩阵A9进行数据重组，得到1行m*n列矩阵A10。最后，根据imin与imax对A10进行逆归一化变换，得到接收端数据矩阵A11，其逆归一化变换过程如下：
如果imax≠imin；A11(i)＝imin+A10(i)(imax-imin)；
如果imax＝imin＞0；A11(i)＝imax；
如果imax＝imin≤0；A11(i)＝imin。
在本发明的一种示例实施例中，对接收端数据矩阵进行非线性对称逆变换，得到非线性对称逆变换矩阵数据包括：
当
Figure BDA0002672026490000051
时，
Figure BDA0002672026490000052
当
Figure BDA0002672026490000053
时，
Figure BDA0002672026490000054
其中F1，F2，F3，F4为所述的第三密钥，A11为接收端数据矩阵，A12即为所得的非线性对称逆变换矩阵数据。
在本发明的一种示例实施例中，对非线性对称逆变换矩阵进行二次低通滤波逆变换，得到反二次低通滤波矩阵包括：
Figure BDA0002672026490000055
Figure BDA0002672026490000056
Figure BDA0002672026490000057
其中W1，W2，W3，W4为第二密钥参数，T0与离散时间常数，A12为非线性对称逆变换矩阵数据，
Figure BDA0002672026490000058
为矩阵A12的速度向量，
Figure BDA0002672026490000059
为矩阵A13的速度向量，A13即为最终得到的反二次低通滤矩阵，其维数为1行m*n列。
在本发明的一种示例实施例中，对反二次低通滤波矩阵进行首次低通滤波逆变换，得到首次低通滤波逆矩阵包括：
Figure BDA00026720264900000510
Figure BDA0002672026490000061
其中
Figure BDA0002672026490000062
无需重新进行计算，可采用上一步值，T1，T2，T3，T4为第一密钥参数，T0与离散时间常数，A13为反二次低通滤矩阵，
Figure BDA0002672026490000063
为矩阵A14的速度向量，A14即为最终所求的首次低通滤波逆矩阵，其维数为1行m*n列。
在本发明的一种示例实施例中，针对所述的首次低通滤波逆矩阵，进行数据转换，存储为图片数据，得到解密后的文件包括：根据所述的首次低通滤波逆矩阵A14转换为图像矩阵格式，即将其由1行m*n列转换为m行n列，得到的矩阵记作A15。然后将A15存储为图像文件，记作rain2.png。最终即得到所解密的文件。
有益效果
本发明提供的一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，其优点有三，其一是采用新型的低通滤波变换方式，可以实现加密与解密形式的一致，而且使得解密过程无失真，避免了传统的低通滤波变换在解密还原时由于微分实现带来的图像失真问题。其二是采用了新型的非线性对称变换方式，在加密解密上非常方便，可以实现全部数域的自由变换，使得破解更为困难，而且在解密时，由于无缝对接，可以实现图像的完全还原无失真。其三是上述低通滤波与非线性对称变换相复合的方式可以无限扩展，形成多层加密解密措施，通过多层密钥来提高加密图像数据的安全性。从而使得本发明所提供的方法具有很高的工程应用价值，也具有很大的创新性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法流程图；
图2是本发明实施例所提供方法的待加密的一段文字的截图原图；
图3是本发明实施例所提供方法的加密后的图像；
图4是本发明实施例所提供方法的采用正确密钥解密后的图像；
图5是本发明实施例所提供方法的采用T2＝3的不准确密钥解密后的图像；
图6是本发明实施例所提供方法的采用T3＝3的不准确密钥解密后的图像；
图7是本发明实施例所提供方法的采用F4＝-5的不准确密钥解密后的图像；
图8是本发明实施例所提供方法的F3＝50的不准确密钥解密后的图像。
具体实施方式
现在将参考附图基础上更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
本发明提供了一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，通过多层低通滤波变换与多层非线性对称变换组合的方式，形成多层加密，对加密图像进行保护。同时通过变换方式的参数形成多层密钥，为图像解密提供正确参数。值得说明的是，本发明实施例仅以二层低通滤波与一层非线性对称变换的方式进行说明，但实际上本发明所提供的低通滤波方式与非线性对称变换方式能够灵活的进行多次组合，只要计算机内存允许，可以实现上百层加密，同时还能保证解密过程基本无失真。因此该方法具有非常灵活自由的扩展性，同时也具有很高的安全性。尤其是其中采取的低通滤波形式，避免了传统低通滤波在解密工程中产生的微分失真问题，从而使得传统低通滤波难以进行多层扩展应用。
下面，将结合附图对本发明的一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，进行进一步的解释以及说明。参考图1所示，该采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，可以包括以下步骤：
步骤S10，采用计算机读取待加密传送文件，存为矩阵数组，然后进行数据转换处理；
具体的，首先选取待加密文件，命名为rain.png，以黑白的png类文件为例，但不限于此类图片文件，其它类系也可。如果是彩色图片，首先将其转化为灰色图片。
其次，读取灰色图片数据，存为数据矩阵，记作A1，然后求取其维数，其为二维矩阵，记作m行n列。
然后，对矩阵A1进行数据重组，得到行矩阵，记作A2，其为一维矩阵，1行m*n列。
最后，对A2进行简单归一化预处理，得到归一化矩阵，记作A3。该归一化过程是保证A3中矩阵元素数字在区间(0,1)内。
步骤S20，对数据进行可扩展的首次低通滤波变换，得到首次低通滤波矩阵，并将首次低通滤波参数作为第一密钥；
具体的，首先设置首次低通滤波变换参数T1，T2，T3，T4为正的常值参数，其详细选取见后文案例实施，并将上述四个参数作为第一密钥告知接收方。
其次，设置离散时间常数T0，并设置首次低通滤波矩阵的初始值。即设最终得到的首次低通滤波矩阵为A4，其维数为1行m*n列。而A4(i)为其第i个元素，1≤i≤mn。后续矩阵定义相同，不再重复说明。设置矩阵的初始值A4(1)＝A3(1)。
再次，计算矩阵A3的速度向量，记作
Figure BDA0002672026490000091
其计算如下：
Figure BDA0002672026490000092
然后，计算矩阵A4的速度向量，记作
Figure BDA0002672026490000093
其计算如下：
Figure BDA0002672026490000094
最后，根据速度向量
Figure BDA0002672026490000095
计算首次低通滤波矩阵A4的元素值如下：
Figure BDA0002672026490000096
步骤S30，针对所述的首次低通滤波矩阵数据进行二次低通滤波变换，得到二次低通滤波矩阵，并将二次低通滤波参数作为第二密钥；
具体的，首先设置二次低通滤波变换参数W1，W2，W3，W4为正的常值参数，其详细选取见后文案例实施，并将上述四个参数作为第二密钥告知接收方。
其次，设置离散时间常数T0，并设置二次低通滤波矩阵的初始值。即设最终得到的二次低通滤波矩阵为A5，其维数为1行m*n列。设置矩阵的初始值A5(1)＝A4(1)。
然后，计算矩阵A5的速度向量，记作
Figure BDA0002672026490000097
其计算如下：
Figure BDA0002672026490000098
其中矩阵A4的速度向量
Figure BDA0002672026490000099
无需重新计算，可采用上一步值。
最后，根据速度向量
Figure BDA0002672026490000101
计算二次低通滤波矩阵A5的元素值如下：
Figure BDA0002672026490000102
上述仅进行了两次低通滤波变换，但实际上可以更方便地进行更多次的低通滤波变换，实现多次加密。而且上述变换没有任何奇异点，非常方便多次扩展。
步骤S40，针对所述的二次低通滤波矩阵，进行非线性对称变换，得到非线性对称矩阵数据，并将非线性对称变换参数作为第三密钥；
具体的，首先，设置非线性对称变换参数F1，F2，F3，F4为常值，其详细设计见后文案例实施，并将其作为第三密钥告知接收方。
其次，针对所述的二次低通滤波矩阵A5，进行如下的非线性对称变换，得到非线性对称矩阵，记作A6，其元素之间的变换关系如下：
当
Figure BDA0002672026490000103
时，
Figure BDA0002672026490000104
当
Figure BDA0002672026490000105
时，
Figure BDA0002672026490000106
步骤S50，将非线性对称矩阵数据进行图像数据转换然后存储为图像文件，完成加密过程，并将加密数据文件发送出去；
具体的，首先将所述的非线性对称矩阵A6数据进行归一化变换，得到归一化矩阵，记作A7，其变换如下：
imax＝max(A6)；imin＝min(A6)；
如果imax≠imin；
Figure BDA0002672026490000107
如果imax＝imin＞0；A7(i)＝1；
如果imax＝imin≤0；A7(i)＝0；
其中max(A6)表示对矩阵A6的所有元素求最大值，记作imax。min(A6)表示对矩阵A6的所有元素求最小值，记作imin。
其次，对A7进行数据重组，将其由1行m*n列矩阵，转换为m行n列矩阵，记作A8。
最后，将转换后得到的A8存为图像数据文件，记作rain1.png。至此图像加密过程完成，并将加密后的图像文件rain1.png发送给远程接收端。
步骤S60，在接收端接受发送文件并存储为矩阵数据，并进行数据预处理，得到接收端数据矩阵；
具体的，首先在远程接收端接收到发送的加密后图像文件，存储为rain2.png。其次，采用计算机对图像文件进行读取后，将数据存储为矩阵，记作A9。该矩阵为m行n列。
再将矩阵A9进行数据重组，转换为一维行向量，得到1行m*n列矩阵，记作A10。最后，根据imin与imax对A10进行逆归一化变换，得到接收端数据矩阵A11，其逆归一化变换过程如下：
如果imax≠imin；A11(i)＝imin+A10(i)(imax-imin)；
如果imax＝imin＞0；A11(i)＝imax；
如果imax＝imin≤0；A11(i)＝imin。
步骤S70，根据所述第三密钥，对接收端数据矩阵进行非线性对称逆变换，得到非线性对称逆变换矩阵数据；
具体的，根据所述的第三密钥F1，F2，F3，F4，对接收端数据矩阵A11进行非线性对称逆变换，得到非线性对称逆变换矩阵数据记作A12，其之间的元素变换关系如下：
当
Figure BDA0002672026490000111
时，
Figure BDA0002672026490000112
当
Figure BDA0002672026490000113
时，
Figure BDA0002672026490000114
步骤S80，根据所述的第二密钥，对非线性对称逆变换矩阵进行二次低通滤波逆变换，得到反二次低通滤波矩阵；
具体的，根据所述的第二密钥参数W1，W2，W3，W4与离散时间常数T0，并设置二次低通滤波逆矩阵的初始值。即设最终得到的反二次低通滤矩阵为A13，其维数为1行m*n列。设置矩阵的初始值A13(1)＝A12(1)。
再次，计算矩阵A12的速度向量，记作
Figure BDA0002672026490000121
其计算如下：
Figure BDA0002672026490000122
然后，计算矩阵A13的速度向量，记作
Figure BDA0002672026490000123
其计算如下：
Figure BDA0002672026490000124
最后，根据速度向量
Figure BDA0002672026490000125
计算反二次低通滤波矩阵A13的元素值如下：
Figure BDA0002672026490000126
步骤S90，根据所述的第一密钥，对反二次低通滤波矩阵进行首次低通滤波逆变换，得到首次低通滤波逆矩阵；
具体的，根据所述的第一密钥参数T1，T2，T3，T4与离散时间常数T0，设置首次低通滤波逆矩阵的初始值。即设最终得到的首次低通滤波逆矩阵为A14，其维数为1行m*n列。设置矩阵的初始值A14(1)＝A13(1)。
然后，计算矩阵A14的速度向量，记作
Figure BDA0002672026490000127
其计算如下：
Figure BDA0002672026490000128
其中速度向量
Figure BDA0002672026490000129
无需重新进行计算，可采用上一步值。
最后，根据速度向量
Figure BDA00026720264900001210
计算首次低通滤波逆矩阵A14的元素值如下：
Figure BDA00026720264900001211
步骤S100，针对所述的首次低通滤波逆矩阵，进行数据转换，存储为图片数据，得到解密后的文件，完成解密过程。
具体的，根据所述的首次低通滤波逆矩阵A14转换为图像矩阵格式，即将其由1行m*n列转换为m行n列，得到的矩阵记作A15。然后将A15存储为图像文件，记作rain2.png。最终即得到所解密的文件。通过对比可以看出，其和原文件几乎没有任何区别，失真度非常小，但解密参数不对是，则图像信息无法辨识。
案例实施与计算机处理结果分析
在步骤S10中，选取图像文件为一段文字的截图。由于其为彩色图像，故转换为黑白图像后，如果2所示。其含有m＝159行，n＝698列。
在步骤S20中，设置首次低通滤波变换参数T1＝0.01，T2＝1，T3＝0.02，T4＝1，T0＝0.001；
在步骤S30中，设置二次低通滤波变换参数W1＝0.03，W2＝2，W3＝0.05，W4＝3；
在步骤S40中，设置非线性对称变换参数F1＝1，F2＝100，F3＝1，F4＝-100；
在步骤S50中将加密后的数据存储为加密图像发送出去，如图3所示。
在步骤S60、S100中，按照实施方式所述进行操作即可。
在步骤S70、S80、S90中采用准确的第一密钥、第二密钥、第三密钥参数进行图片解密，得到解密后的效果如图4所示。
当第一密钥采取解密参数T1＝0.01，T2＝3，T3＝0.02，T4＝1时，解密效果如图5所示。
当第一密钥采取解密参数T1＝0.01，T2＝3，T3＝3，T4＝1时，解密效果如图6所示。
当第三密钥采取解密参数F1＝1，F2＝100，F3＝1，F4＝-5时，解密效果如图7所示。
当第三密钥采取解密参数F1＝1，F2＝100，F3＝50，F4＝-100时，解密效果如图8所示。
由上述案例可以看出，本发明所提供的加密方法，在图片被对方截获时，图片呈黑色，如图3，文字信息被完全遮掩。在三道密钥的保护下，任何一道密钥的错误，都会带来解密效果不佳，图形失真。当然，有点密钥参数失真不大，如第三密钥参数中的F4，但有的密钥参数则对解密效果影响非常大。因此经过三层加密，图片的安全性得到了很大的提高。尤其值得一提的时，本发明提高的非线性低通滤波加密方法，其中的每一道密钥都非常方便进行扩展，而且解密与加密形式相似，操作方便简单，如果有需要，还可以扩展成四层、五层等多层加密方式。因此，本发明具有很高的工程应用价值。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这类的发明后，将容易想到本发明的其他实施例。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未指明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (1)

1.一种采用非线性低通滤波实现图像加密的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，采用计算机读取待加密传送文件，存为矩阵数组，然后进行数据转换处理如下：
首先选取待加密灰色图片文件，命名为rain.png；然后存为数据矩阵A1，然后求取其维数，记作m行n列；然后，对矩阵A1进行数据重组，得到1行m*n列行矩阵A2；最后，对A2进行简单归一化预处理，得到矩阵元素数字在区间(0,1)的归一化矩阵A3；
步骤S20，对数据进行可扩展的首次低通滤波变换，得到首次低通滤波矩阵，并将首次低通滤波参数作为第一密钥如下：
Figure FDA0003189624690000011
Figure FDA0003189624690000012
Figure FDA0003189624690000013
其中T1，T2，T3，T4作为第一密钥告知接收方，为首次低通滤波变换参数，其选取为正的常值参数，可任意选取；T0为离散时间常数；A3为首次低通滤波变换的输入矩阵，即由待加密文件进行数据转换处理后得到的归一化的行矩阵；
Figure FDA0003189624690000014
为矩阵A3的速度向量，
Figure FDA0003189624690000015
为矩阵A4的速度向量，A4即为最终得到的首次低通滤波矩阵，其维数为1行m*n列；而A4(i)为其第i个元素，1≤i≤m*n；
步骤S30，针对所述的首次低通滤波矩阵数据进行二次低通滤波变换，得到二次低通滤波矩阵，并将二次低通滤波参数作为第二密钥，具体包含如下：
Figure FDA0003189624690000021
Figure FDA0003189624690000022
其中W1，W2，W3，W4作为第二密钥告知接收方，为二次低通滤波变换参数，其选取为正的常值参数，可任意选取；T0为离散时间常数，
Figure FDA0003189624690000023
为矩阵A4的速度向量，其计算过程见上一步；A5为最终得到的二次低通滤波矩阵，其维数为1行m*n列；而A5(i)为其第i个元素，1≤i≤m*n；
Figure FDA0003189624690000024
为矩阵A5的速度向量，A4为二次低通滤波变换的输入矩阵，也是首次低通滤波矩阵；
步骤S40，针对所述的二次低通滤波矩阵，进行非线性对称变换，得到非线性对称矩阵数据，并将非线性对称变换参数作为第三密钥，具体包含如下：
当
Figure FDA0003189624690000025
时，
Figure FDA0003189624690000026
当
Figure FDA0003189624690000027
时，
Figure FDA0003189624690000028
其中F1，F2，F3，F4非线性对称变换参数，其为常值，其作为第三密钥告知接收方；A5为二次低通滤波矩阵，A6即为所得的非线性对称矩阵；
步骤S50，将非线性对称矩阵数据进行图像数据转换然后存储为图像文件，完成加密过程，并将加密数据文件发送出去，具体包含如下：
首先将所述的非线性对称矩阵A6数据进行归一化变换，得到归一化矩阵，记作A7，其变换如下：
imax＝max(A6)；imin＝min(A6)；
如果imax≠imin；
Figure FDA0003189624690000029
如果imax＝imin＞0；A7(i)＝1；
如果imax＝imin≤0；A7(i)＝0；
其中max(A6)表示对矩阵A6的所有元素求最大值，记作imax；min(A6)表示对矩阵A6的所有元素求最小值，记作imin；其次，对A7进行数据重组，将其由1行m*n列矩阵，转换为m行n列矩阵，记作A8；最后，将转换后得到的A8存为图像数据文件，记作rain1.png；至此图像加密过程完成，将加密后的图像文件rain1.png发送给远程接收端；
步骤S60，在接收端接受发送文件并存储为矩阵数据，并进行数据预处理，得到接收端数据矩阵，具体包含如下：
首先在远程接收端接收到发送的加密后图像文件，存储为rain2.png；其次，采用计算机对图像文件进行读取后，将数据存储为矩阵，记作A9；该矩阵为m行n列；再将矩阵A9进行数据重组，转换为一维行向量，得到1行m*n列矩阵，记作A10；最后，根据imin与imax对A10进行逆归一化变换，得到接收端数据矩阵A11，其逆归一化变换过程如下：
如果imax≠imin；A11(i)＝imin+A10(i)(imax-imin)；
如果imax＝imin＞0；A11(i)＝imax；
如果imax＝imin≤0；A11(i)＝imin；
步骤S70，根据所述第三密钥，对接收端数据矩阵进行非线性对称逆变换，得到非线性对称逆变换矩阵数据，具体包含如下；
当
Figure FDA0003189624690000031
时，
Figure FDA0003189624690000032
当
Figure FDA0003189624690000033
时，
Figure FDA0003189624690000034
其中F1，F2，F3，F4为所述的第三密钥，A11为接收端数据矩阵，A12即为所得的非线性对称逆变换矩阵数据；
步骤S80，根据所述的第二密钥，对非线性对称逆变换矩阵进行二次低通滤波逆变换，得到反二次低通滤波矩阵，具体包含如下：
Figure FDA0003189624690000041
Figure FDA0003189624690000042
Figure FDA0003189624690000043
其中W1，W2，W3，W4为第二密钥参数，T0与离散时间常数，A12为非线性对称逆变换矩阵数据，
Figure FDA0003189624690000044
为矩阵A12的速度向量，
Figure FDA0003189624690000045
为矩阵A13的速度向量，A13即为最终得到的反二次低通滤矩阵，其维数为1行m*n列；
步骤S90，根据所述的第一密钥，对反二次低通滤波矩阵进行首次低通滤波逆变换，得到首次低通滤波逆矩阵；
Figure FDA0003189624690000046
Figure FDA0003189624690000047
其中
Figure FDA0003189624690000048
无需重新进行计算，可采用上一步值，T1，T2，T3，T4为第一密钥参数，T0与离散时间常数，A13为反二次低通滤矩阵，
Figure FDA0003189624690000049
为矩阵A14的速度向量，A14即为最终所求的首次低通滤波逆矩阵，其维数为1行m*n列；
步骤S100，针对所述的首次低通滤波逆矩阵，进行数据转换，存储为图片数据，得到解密后的文件，完成解密过程，具体如下：
首先根据所述的首次低通滤波逆矩阵A14转换为图像矩阵格式，即将其由1行m*n列转换为m行n列，得到的矩阵记作A15；然后将A15存储为图像文件，记作rain2.png，即得到最终所解密的文件。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102915519A (zh) * 2012-09-12 2013-02-06 东北林业大学 基于混沌映射与数列变换的图像加密算法
CN111581658A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 中国人民解放军海军航空大学 一种采用双线性傅里叶变换进行图像加密的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8505108B2 (en) * 1993-11-18 2013-08-06 Digimarc Corporation Authentication using a digital watermark
RU2005105304A (ru) * 2002-07-27 2005-09-20 ЭКССТРИМ СЕКЬЮРИТИ СОЛЮШНЗ ЛТД., ЭлЭлСи (US) Способ шифрования и дешифрования и устройство для его осуществления
JP5590133B2 (ja) * 2010-09-30 2014-09-17 富士通株式会社 動画像符号化装置、動画像符号化方法、動画像符号化用コンピュータプログラム、動画像復号装置及び動画像復号方法ならびに動画像復号用コンピュータプログラム
CN104050623A (zh) * 2014-06-06 2014-09-17 西安理工大学 基于混沌和级联DFrRT的非对称双图像加密解密方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102915519A (zh) * 2012-09-12 2013-02-06 东北林业大学 基于混沌映射与数列变换的图像加密算法
CN111581658A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 中国人民解放军海军航空大学 一种采用双线性傅里叶变换进行图像加密的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Repeated filtering in consecutive fractional Fourier domains and its application to signal restoration.;M. Fatih Erden等;《IEEE Transactions on Signal Processing》;19991231;第1458-1462页 *
基于分数阶傅里叶变换的数字水印与图像加密研究;郑蕾;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20151015;全文 *

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