一种基于压缩感知和多维混沌系统的多过程图像加密方案

摘要：

随着计算机科学的快速发展,信息的存储和传播常常在各类计算机硬件以及多种网络之间进行,传统的信息加密方案已逐渐不再适用.因此,基于计算机的信息加密算法近年来逐步成为研究热点.通过结合小波包变换、压缩感知、混沌系统等理论,一种基于压缩感知和多维混沌系统的多过程图像加密方案被提出.该加密方案实现了针对灰度图像的压缩和加密及对应的解压、解密过程.小波包变换理论被应用到图像的预处理阶段对原始图像进行小波包分解,同时结合阈值处理方法对分解后所得的图像信号分量进行分类,并在之后的处理过程中根据图像信号分量的特性对其有区分地进行压缩、加密或者保留.在图像压缩阶段,引入压缩感知算法克服传统采样定理采样成本高及重构质量偏低等弊端.在图像加密阶段,结合多类、多维度混沌系统对相关图像信号分量进行置乱.最后,应用压缩、加密以及小波包变换的逆过程实现对原始图像的完整重构.仿真结果表明,该图像加密方案在抵抗外界干扰时凭借算法鲁棒性有效地保护了密文图像的基本信息,且在应对明文攻击等破解手段时不泄露任何有用信息.此外,经该加密方案加密后的密文图像的信息熵及相关系数等指标相比于参考文献中加密算法更加接近于理想值,其加密性能有明显的提升.

关键词：数字图像、加密、小波包变换、压缩感知

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资助基金：国家重点基础研究发展计划2018YFB1306600;国家自然科学基金61571372, 61672436, 61601376;重庆市基础科学与前沿技术研究专项重点项目 cstc2017jcyjBX0050, cstc2016jcyjA0547 和中央高校基本科研业务费

在线出版日期：2019-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：32-45