一种基于混合域的高光谱图像加密方法

摘要

本发明公开了一种基于混合域的高光谱图像加密方法，涉及图像处理与信息安全领域。本发明以高光谱图像为研究对象，在利用二维平面图像混沌序列加密方法对高光谱图像进行空间域加密的基础上，针对高光谱图像的光谱域特征，对高光谱图像进行光谱域加密，最后结合高光谱图像的空间域以及光谱域特征对高光谱图像进行混合域加密，为高光谱图像光谱域特征以及空间域特征保护奠定基础。

主权项

一种基于混合域的高光谱图像加密方法，包括：基于复合混沌序列的高光谱图像空间域特征加密方法、基于整数密码序列的高光谱图像光谱域特征加密方法、基于混合域的高光谱图像加密方法，其特征在于包括如下步骤：所述的基于复合混沌序列的高光谱图像空间域特征加密方法，其特征在于，使用复合混沌序列生成密码序列，同时使用了两组混沌序列——Logistic映射序列和基于Chebyshev映射的混沌序列对高光谱图像空间域特征加密，包括如下步骤：步骤1.1：选定Logistic映射分支参数μ及初值x₁和Chebyshev映射系统参数k及初值y₁；步骤1.2：将图像X_i所有像素值相加得到Sum，并通过运算得到辅助密钥Key，将辅助密钥与初值x₁，y₁分别相乘，得到新的系统初值x′₁和y′₁，辅助密钥与原始图像相关，因此当图像发生变化时，辅助密钥也会改变，系统初值也会随之改变；其中，X_i，表示高光谱图像第i波段的图像；步骤1.3：使用新的系统初值生成基于Logistic映射和Chebyshev映射的混沌序列，设基于Logistic映射的混沌序列为L，基于Chebyshev映射的混沌序列为H，设常数S，利用初值x′₁及给定的参数μ，根据式(1)迭代(M×N‑1+S)次得到序列(x′₁,x′₂,L,x′_M×N+S)，最后舍弃前S个点并将其得到的实值序列记为(r₁,r₂,L,r_M×N)；依据同样的方法根据式(2)可以得到基于Chebyshev映射的实值混沌序列，记为(p₁,p₂,L,p_M×N)，将实值序列(r₁,r₂,L,r_M×N)和(p₁,p₂,L,p_M×N)逐位相乘得到新的实值序列，并将其转化为整数密码序列，记为Z{z₁,z₂,L,z_M×N}；生成Logistic映射序列，方法如下：x_n+1＝μx_n(1‑x_n)n∈{1，2L,}其中，0＜μ≤4——分支参数，x_i∈(0,1)，i＝0,1,2,3,L；当分支参数3.5699456L＜μ≤4时，Logistic映射工作于混沌状态，由初值x₀所产生的序列{x_i,i＝0,1,2,3,L}是非周期的、不收敛的，并对初始值非常敏感；生成Chebyshev映射序列，方法如下：x_n+1＝cos(kacos(x_n))，‑1≤x_n≤1其中，k表征系统非线性强度的系数，当k≥2时，映射处于混沌状态；在公式的初值x₀给定情况下，公式通过迭代将生成一组混沌序列{x_n,n＝1,2,3,L}；步骤1.4：将序列Z{z₁,z₂,L,z_M×N}与原图像X_i的像素值逐行异或得到加密图像矩阵X′_i，从而完成像素值异或置乱，然后再从序列Z{z₁,z₂,L,z_M×N}中选取长度为M+N的整数密码序列Z′{z₁,z₂,L,z_M+N}，将前M个值作为行移位值，后N个值作为列移位值来对图像矩阵分别进行向右和向下的行列移位；所述的基于整数密码序列的高光谱图像光谱域特征加密方法，其特征在于，高光谱图像的波段数可以看作是一个一维序列，通过利用整数密码序列将其置乱，从而打乱高光谱图像的波段顺序，对高光谱图像的光谱域特征进行保护；首先选取对最后一波段图像进行加密所用的密码序列Z{z₁,z₂,L,z_M×N}中的前b(b为高光谱图像波段数量)个整数组成的序列Z″{z₁,z₂,L,z_b}，将序列Z″{z₁,z₂,L,z_b}中的元素与高光谱图像的波段一一对应，然后将序列Z″{z₁,z₂,L,z_b}按从小到大的顺序进行重新排列；所述的基于混合域的高光谱图像加密方法，其特征在于，将高光谱图像的空间域和光谱域进行置换；同时将高光谱图像看作是一个三维立体数据，并把高光谱图像数据的三维坐标打乱，方法如下：用X(i,j,n)来表示原始高光谱图像第n个波段图像的第i行第j列处的像素值，将空间域加密以及光谱域加密后的高光谱图像设为X′(i,j,n)，将X′(i,j,n)的三维坐标进行置换，即将X′(i,j,n)转换为X′(n,i,j)，即新的加密图像的空间域与光谱域发生混叠，即X′(n,i,j)表示第j波段，第n行第i列的像素值。