图像置乱
1. 什么是图像置乱
概述：所谓“置乱”，就是将图像的信息次序打乱，将a像素移动到b像素的位置上，b像素移动到c像素的位置上……使其变换成杂乱无章难以辨认的图像。
数字图像置乱加密技术是指发送方借助数学或其他领域的技术，对一幅有意义的数字图像作变换使之变成一幅杂乱无章的图像再用于传输；在图像传输过程中，非法截获者无法从杂乱无章的图像中获得原图像信息，从而达到图像加密的目的；接收方经去乱解密，可恢复原图像。为了确保图像的机密性，置乱过程中一般引入密钥。
定义：
定义1：给定图像A=[a(i，j)]n*m，变换矩阵是T=[t(i，j)]n*m， 是1，2，⋯，n×m的一种排列，用T作置乱变换，得到图像B。其变换方法如下：
将A与T按行列作一一对应，将A中对应位置1的像素灰度值(或RGB分量值)移到对应位置2，对应位置2的像素灰度值移到对应位置3，⋯⋯以此类推，最后将对应n*m位置的像
素灰度值移到对应位置1，就得到了按T置乱后的图像B。图像A经置乱变换T变换到了图像B，记为B=TA。
定义2：给定图像A=[a(i，j)]n*m，设变换T是{(x，y)：1≤x≤n,1≤Y≤m'且x,y均为整数}到自身的1-1映射，即：
将图像A中位置(x,y)处的元素变换到位置(x',y’)处，得到图像B，则称变换T是图像A的置乱变换，仍记为B=TA。
从数学本质上看，定义1和2投有实质的区别，只是使用场合不同。从定义1可以看出，构造置乱变换等价于构造矩阵T。不同的T则形成了不同的置乱变换。从定义2可以看出，构造置
乱变换就是构造{(x，y)：1≤X≤n,1≤Y≤in，且x,y均为整数}到自身的1-1映射。
若C=TB=T(TA)=T2(A)，则称C为A迭代置乱两次的图像。
以此类推，可以进行多次迭代置乱。
一般认为，置乱变换应该满足以下两个条件:
(1)变换是离散点域{(x，y)：0≤x,y≤N·1}到其自身的一一映射；
(2)(2)变换是离散点域{(x,y)：0≤x,y≤N—I}到其自身的满映射，即变换是可逆的。
这两个条件是置乱变换可完成有效置乱的必要条件，即是说只有一—对应的，变换结果可遍历图像所有像素点，而且反变换存在的置乱变换才是实际中有效可用的。
原理：变化模板形状的图像置乱算法的思想如下：
(1) 对原图像取一个固定模板，模板中像素位置排列（如图1所示）；
图1 原图模板 图2 置乱模板 图3 置乱后模板
(2) 做一个与原图像模板不同的置乱模板（如图2），在置乱模板中把图像模板中的像素位置按一定次序填入（图4.11的模板中按从上到下，从左到右的次序依次填入）；
(3) 将置乱模板中的像素位置再按一定的次序填回到原图像模板中就得到了置乱后的图像模板（图3的模板是按从左到右，从上到下的次序依次读取置乱模板中像素位置）。
图像置乱变换的周期
图像置乱变换的目的在于把图像变为一幅“混乱不堪”的图像，但置乱后如何对图像进行恢复也是一个需要考虑的问题。置乱的恢复一般有两种方法，一种是利用置乱变换的逆变换，另一种是利用置乱变换的周期。如果用逆变换来进行恢复，置乱的图像经过一步逆变换就可恢复为原图像，恢复过程较为简捷，但对逆变换的计算一般都比较困难，同时还要考虑置乱的迭代次数，计算过于复杂，因此一般不考虑用逆变换来恢复。而用变换的周期进行恢复因为不涉及求逆计算，只需对图像重复迭代置乱就可恢复图像信息，成为置乱恢复常用的方法，对置乱变换周期性的研究是置乱技术研究的一个重要方面。置乱变换的周期是指对图像A运用变换T进行置乱，可使置乱结果恢复为A最小迭代变换次数。文献 给出了变换T具有周期的充要条件，同时也指出变换T具有周期与变换T的逆变换存在是互为充要条件的。
定义3若存在一个大于I的正整数N，使得T“A=A，则称最小的正整数N为置乱变换T的周期。
作用：
置乱实际上就是图像的加密，与加密保证安全性不同的是，将置乱的图像作为秘密信息再进行隐藏，可以很大限度的提高隐蔽载体的鲁棒性。所以图像置乱是信息隐藏中非常常用的一项技术。
首先，将图像置乱后，将得到一幅杂乱无章的图像，这个图像无色彩、无纹理、无形状，从中无法读取任何信息，那么，将这样一幅图嵌入到另一幅普通图像时就不易引起那幅图色彩、纹理、形状的太大改变，甚至不会发生改变，这样人眼就不易识别，从而逃出了第三方的视线。 其次，由于秘密图像是置乱后的图像，根据上述的图像的“三无”特征，第三方根本不可能对其进行色彩、纹理、形状等的统计分析，即便他们截取到了秘密图像，也是无能为力。 而且，如果第三者企图对秘密图像进行反置乱，这也是不可能的，由于图像置乱有很多种方法，每种方法又可以使用不同的置乱模板算法，设置不同的参数，使用者有很大的自由度，他可以根据自己的想法得到不同的结果，相反，这给企图截获秘密信息的第三方带来了很大的困难，使他们需要耗费巨大的计算量来穷举测试各种可能性。 最后，可以抵抗第三方的恶意攻击。这是因为对秘密图像进行反置换的过程，就使得第三方在图像上所涂、画的信息分散到画面的各个地方，形成了点状的随机噪声，对视觉影响的程度不大。当然，为了使提取的信息更为清晰，最好对破坏严重的图像进行边界保持的中值滤波等方面的处理，以去除随机噪声。
2. 图像置乱的方法
数字图像置乱加密技术是一种重要的数据加密技术和有效的安全增强手段，对于提高网络信息传输的安全性具有重要意义。该文解析了图像置乱变换的定义、周期和图像置乱程度的衡量方法。阐述了图像置乱加密技术研究进展情况，指出了置乱技术今后将继续研究的方向。 随着互联网技术的迅速发展，当今社会已经进入了一个全新的网络信息时代。通过网络，数字多媒体信息得到了广泛的传播，与此同时，网络安全由于涉及个人隐私、商业利益乃至国家机密等问题日益备受关注。对传输的数字图像进行可靠的加密处理，已成为当前信息加密领域中重要的研究方向之一。传统的密码学着眼于文本资料的加密处理，为数字图像的加密技术提供了最直接的理论依据，但是它的对象是二进制数据流，忽略了图像的数字生产和视觉效果，同时，由于数字图像数据量大，要求加密具有实时性，传统的加密方法难以实现。置乱技术早期是对模拟图像的位置空间做置换，可看作是从经典密码学中的单表系统扩展而来，而对于数字化的图像，置乱加密过程不仅可以在数字图像的空间域(包括位置空间和颜色空间)上进行，还可以在其频率域上进行，以及空频域同时进行，合法使用者通过自由控制算法的选择、参数的选择以及使用随机数技术，从而使非法使用者无法破译图像内容。
图像置乱变换的主要方法和研究进展：
目前研究使用较多的置乱变换主要有：Arnold变换、Fibonacci与Fibonacci-Q变换、幻方变换、正交拉丁方变换、Hilbert曲线变换、Gray码变换、仿射变换、混沌置乱变换等。
Arnold变换是俄国数学家Vladimir I．Arnold在研究遍历理论时提出的一种置乱变换，邹建成等人对Arnold变换进行了深入的研究，给出了多种改进的置乱算法，得出一系列有用的结论，主要在于：讨论了平面上Arnold变换的周期性，计算了不同阶数N下Arnold变换的周期 ；把Arnold变换应用于数字图像置乱，对位置空间和彩色空间做了实验测试：把二维Arnold变换推广到了三维空间嘲：给出了一般的非线性模变换有周期性的充分必要条件，讨论了平面上Arnold变换的周期性问题，给出了判别周期的一组必要条件，从理论上对Arnold变换的周期性有了更深的认识；将Arnold变换推广到高维，给出了高维变换具有周期性的充分必要条件，并讨论了该变换的置乱效果。
Gray码变换是一种数论变换，它可以用于二进制数据的纠错与校验。丁伟等讨论如何给出Gray码的矩阵定义形式并将之推广并讨论如何利用Gray码变换进行数字图像置乱。
朱桂斌等在文献【13】加中提出了一种仿射变换的置乱技术，该技术避免了取模运算，且其逆变换有简洁的解析表达式，无需进行周期次数的迭代即可恢复图像，其置乱效果好且计算时间复杂度低。文献【14】还进一步研究了基于几何中仿射变换思想的亚仿射变换，给出了亚仿射变换的性质，讨论了亚仿射变换的周期性，得出了亚仿射变换构成变换群、亚仿射变换具有周期性等结论。该置乱技术不仅增加了置乱时的参数选择，而且有很好的置乱效果，对于机密图像的置乱加密有一定的应用价值。
柏森等在文献【15】中给出了骑士巡游矩阵的概念，并提出了—种基于骑士巡游变换将图像进行置乱的方法，同时分析了该变换方法隐藏图像细节的原理，对骑士巡游变换在图像信息隐藏方面的特性进行了分析，表明该变换具有较高的保密度和较强的免疫性。
混沌现象是非线性动态系统中出现的确定性伪随机过程，使用混沌动力系统产生的混沌序列具有可控的低通性和很好的相关特性，因此，利用混沌信号来对图像进行置乱加密亦被广泛研究使用。文献【l6】叫提出了一种基于混沌序列和幻方变换的数字图像加密算法，该算法对密钥敏感，具有较好的统计特性和较强的抗干扰能力。文献【17】提出了一种基于混合混沌序列的多级图像加密方法，这种混合混沌序列具有随机性好，实现容易，周期长等
优点。TD-ERCS系统是专门为混沌加密理论而设计的混沌系统，文献【18】即提出了一种基于TD-ERCS离散混沌序列的数字图像加密算法，该算法具有可靠的安全性。
图像置乱变换的置乱程度
数字图像置乱的目的在于打乱图像，使攻击者不能识别其内容。一般来说，置乱后的图像相对于原始图像越"乱"表明该置乱算法就越有效，将其隐藏在公开图像中后，其安全性越高。然而，“乱”是人的视觉效果，带有一定主观性，不同的观察者评价结果可能不同。为此，提出了用置乱程度来量化置乱效果的思想，给出了图像置乱程度的几个定义。
所谓置乱程度，主要是指相对于图像信息的直观杂乱效果而言的，而与解密的难易程度无关。从直观上讲，作置乱变换时，原图像的像素位置移动得越远，则其置乱程度越大。因此
提出可以用各像素点移动的平均距离来定义置乱程度。
图像置乱程度的衡量方法
图像置乱程度的衡量方法
张健;于晓洋;任洪娥;徐贵森;罗信瑶
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2007(043)008
【摘 要】图像置乱变换是信息隐藏和图像加密常用的方法,如何衡量一种置乱变换的好坏,是研究的热点和难点问题.基于置乱前后位置变化的方法可以作为一个衡量的标准,但是位置变化并不能代表像素点值的改变,而且把图像作为一个整体来考虑也会产生一些偏差.为了克服这个缺点,提出了一种基于各点相关性的图像置乱程度衡量方法,主要是通过比较置乱前后每个点与其相邻点相关性的差异来进行衡量.由Matlab仿真结果表明,该方法可以很好地衡量图像置乱次数与置乱效果的关系,而且与人类的视觉具有比较好的一致性.
【总页数】3页(P134-136)
【作 者】张健;于晓洋;任洪娥;徐贵森;罗信瑶
【作者单位】哈尔滨理工大学,测控技术与通信工程学院,哈尔滨,150040;哈尔滨理工大学,测控技术与通信工程学院,哈尔滨,150040;东北林业大学,信息与计算机工程学院,哈尔滨,150000;哈尔滨理工大学,测控技术与通信工程学院,哈尔滨,150040;哈尔滨理工大学,测控技术与通信工程学院,哈尔滨,150040
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391
【相关文献】 1.一种基于DCT域的数字图像置乱程度衡量方法 [J], 许静;田小平;谭铁牛
2.基于相关性的图像置乱程度衡量方法 [J], 罗信瑶;王远志
3.基于图像特征的数字图像置乱程度衡量方法 [J], 李虎雄
4.面向纹理特征的图像置乱程度的衡量方法 [J], 綦科;张大方;谢冬青
5.一种有效的图像置乱程度衡量方法 [J], 黄健;柏森
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一种基于DCT域与图像置乱的数字水印算法研究
昆明大学学报 ２００７，１８（４）：４９—５ｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＣＮ５３—１１４４／Ｇ４
一种基于ＤＣＴ域与图像置乱的数字水印算法研究
李红艳，蔡翔云 （昆明理工大学理学院，云南昆明６５００９３） 摘要：提出了一种将水印图像进行Ａｒｎｏｌｄ置乱后嵌入到经ＤＣＴ域进行变化的载体图像中的数字水印算 法。算法研究结果表明水印具有较好的不可见性及健壮性。同时，文中采用不同图像处理方式对嵌入水印后 的图像进行了攻击实验，实验表明该算法对于ＪＰＥＧ压缩具有较好的鲁棒性。 关键词：数字水印；ＤＣＴ变换；图像置乱；鲁棒性 ［中图分类号］ＴＰ３９１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７１—２０５６（２００７）０４—００４９—０３ １ 引言 随着数字技术和因特网的发展，各种形式的多 媒体数字作品（图像、视频、音频等）纷纷以网络 形式发表，其版权保护成为一个迫切需要解决的问 题。由于数字水印（ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｍｍｒｋｉｎｇ）是实现版 权保护的一种有效途径…，因此，该方法已成为多 媒体信息安全领域的一个研究热点。数字水印技术 是通过在原始数据中嵌入秘密信息“水印”来证实 该数据的所有权，被嵌入的水印可以是一段文字、 标识、序列号等，它与原始数据紧密结合并隐藏其 中，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用 价值的操作而能保存下来，以起到版权保护、盗版 跟踪、图像认证、票据防伪，隐蔽通信等作用 。Ｊ。 数字水印主要具有不可见性、安全性、鲁棒性 等特点 Ｊ，本文结合Ａｍｏｌｄ图像置乱技术 Ｊ，提出 了一种基于ＤＣＴ域变换与图像置乱的数字水印算 法，通过将水印信息进行Ａｒｎｏｌｄ置乱处理，嵌入 经ＤＣＴ变换 以后的载体图像中。实验结果表明 水印具有较好的不可见性，同时也证明了该算法对 ＪＰＥＧ压缩具有较好的鲁棒性和抗攻击性。 ２图像置乱 置乱技术是一种图像加密技术，所谓“置 乱”，就是将图像的信息次序打乱，将ａ像素移动 到ｂ像素的位置上，ｂ像素移动到ｃ像素的位置上 …使其变换成杂乱无章，无明显意义的混乱图像， 用于数字水印的预处理和后序处理过程。可以很大 的提高隐蔽载体的鲁棒性。置乱技术具有周期性， 置乱变换后的图像大小不发生改变等特点。 对水印进行置乱有以下优点：（１）采用置乱 技术的合法者可以自由控制算法的选择，参数的选 择以及使用随机数技术，从而使非法使用者难以破 译图像内容，可以提高水印信息的安全性； （２） 置乱技术可以分散错误比特的分布，提高数字水印 的视觉效果，从而增强其鲁棒性 Ｊ。许多学者就数 字图像置乱问题进行了研究，提出了大量的数字图 像置乱方法，常见的置乱方法有Ａｍｏｌｄ变换、幻 方变换、Ｈｉｌｂｅｒｔ曲线、Ｃｏｎｗａｙ游戏、广义Ｇｒａｙ码 变换、仿射变换等。本文基于几何运算的Ａｒｎｏｌｄ 图像置乱变换算法。设给定图像为： ｇ＝｛Ｐ（＿，，．，），１ ｓｉ Ｎ，１ ≤Ｎ｝ 则其变换为： Ｐ，＝（Ａ－Ｐ）ｍｏｄＮ （１） 其中Ｐ’为变换后的像素坐标，Ａ为２×２的变换矩 阵，且Ｉ Ｉ＝±１，并要求Ａ中元素均为整数，当 ｒ １ １ １ Ａ＝Ｉ二：Ｉ时，就是著名的Ａｒｎｏｌｄ变换，它实际是 一种点的位置移动。这种变换是一一对应的，具有 周期性，当迭带到某一步时，将重新得到原始图像。 ３ ＤＣＴ变换 离散余弦变换（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ， ＤＣＴ）是一种实数域变换。其变换核为实数的余弦 函数，利用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的对称性，采用图像边界 褶翻操作将图像变换为偶函数的形式，然后对这样 的图像进行二维离散Ｆｏｕｒｉｅｒ变换。变换后的结果 仅包含余弦项。对图像进行离散余弦变换可以使许 多有关图像重要的可视信息都集中在ＤＣＴ变换的 一小部分系数中。一个Ｍ×Ｎ矩阵Ａ的二维ＤＣＴ 定义如下： ： ａ Ａ 一 Ｂｗ 。ｇ蚤，乏Ａｍ ｃｏ８＝Ｌ— ： 二厶上 （ ± ）垡ＣＯＳ —— 一 收稿日期：２００７—１１—２６ 作者简介：李红艳
基于行列异或的Arnold双置乱图像加密方法
基于行列异或的Arnold双置乱图像加密方法
洪炎;王艺杭;苏静明;温言
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)2
【摘 要】针对目前加密图像单一以及加密算法安全性不高的问题,提出基于行列异或的Arnold双置乱图像加密方法。实施过程:首先根据Arnold变换公式对图像进行灰度空间置乱和位置空间置乱,然后进行行按位异或操作,其次,将上述结果再进行一次位置空间置乱,最后再进行列按位异或运算。该方法有效增强了传统Arnold双置乱的置乱效果,使图像得到充分扩散,最终得到密文图像。实验结果表明,本文方法能实现等长和不等长图像的置乱,改善了常规Arnold方法的置乱效果,有效降低了图像相邻像素间的相关性,保证了图像传输过程中的安全性和鲁棒性要求。
【总页数】9页(P649-657)
【作 者】洪炎;王艺杭;苏静明;温言
【作者单位】安徽理工大学电气与信息工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TP309.7
【相关文献】
1.基于Arnold置乱的数字图像加密技术研究2.一种基于Arnold置乱和优化大素数选取方案的RSA数字图像加密算法3.基于Arnold置乱的图像加密算法研究4.基于Arnold置乱的加密图像可逆信息隐藏方法5.基于改进Arnold映射二次置乱的图像加密算法
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基于Arnold置乱的图像加密算法研究
软件设计开发 计算机光盘软件与应用 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１０年第４期 基于Ａｒｎｏｌｄ置乱的图像加密算法研究 董艳芬 ，王运争 （１．黄淮学院计算机科学系，河南驻马店４６３０００；２．中国人民解放军９６５５２部队，河南洛阳４７１０００） 摘要：提出一种新的将水印图像Ａｒｎｏｌｄ置乱算法，然后按一定规则把水印信息分散嵌入到数字产品中。该算法通过各种 攻击测试，：ｔ￣ＪＰＥＧ有损压缩、中值滤波攻击和高强度噪声攻击具有强稳健性，具有很好的透明性和鲁棒性，实用性也较高。 关冀词：数字水印：Ａｒｎｏｌｄ置乱变换；水印嵌入 中图分类号：ＴＰ３９３．０８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９５９９（２０１０）０４—０１３０—０２ Ａｒｎｏｌｄ Ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ－Ｂａｓｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｄｏｎｇ Ｙａｎｆｅｎ’，Ｗａｎｇ Ｙｕｎｚｈｅｎｇ （１．Ｈｕａｎｇｈｕａｉ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｕｍａｄｉａｎ ４６３０００，Ｃｈｉｎａ；２．９６５５２ Ｔｒｏｏｐｓ ｏｆＰＬＡ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｎｅｗ Ａｒｎｏｌｄ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ｗａｔｅｒｍａｒｋ ｉｍａｇｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｐｒｏｄｕｃ￣ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｍａｒｋ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ａｔｔａｃｋｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｓ￣ｏｎｇ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ａｇａｉｎｓｔ ＪＰＥＧ ｌｏｓｓｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｅｄｉａｎ，ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ａａａｃｋ，ｈｉｇｈ—ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ ａｔｔａｃｋ．Ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ￣ａｎｓｐａｒｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｉｔ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｕｔｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ；Ａｒｎｏｌｄ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ 为提高隐藏信息的安全性，在隐藏前需对其进行置乱操作，本 文提出一种基于图像置乱的数字水印算法。通过在水印图像嵌入载 体图像之前先对其预处理，使其“变乱”；然后再利用小波变换的 多分辨率特性对水印实施嵌入、提取，由于提取后的水印在置乱算 法的恢复下能够分散那些受到攻击的像素，可以减少对视觉的影 响。因此这种将置乱算法和水印算法的共同结合进一步提高了水印 系统的安全性，并且鲁棒性也得到了增强。 一、水印图像Ａｒｎｏｌｄ变换 Ａｒｎｏｌｄ变换（ｃａｔ ｍａｐｐｉｎｇ）是Ｖ．Ｊ．Ａｒｎｏｌｄ在遍历理论的研究 中提出的一类裁剪变换。图像可看作是平面区域上的二元函数Ｇ＝Ｆ （Ｘ，Ｙ），（Ｘ，Ｙ）∈Ｒ．通常Ｒ是一矩形，对Ｒ中任意的点（Ｘ，Ｙ）， 则Ｆ（ｘ，ｙ）代表图像的信息（如灰度值等），在图像被数字化后， Ｇ＝Ｆ（Ｘ，Ｙ）相应于一个二维离散点阵，其元素所在的行与列对应 于自变量的取值，元素本身代表图像信息。离散化的数字图像相当 于元素之间有相关性的一类特殊矩阵。对这一矩阵做某些变换可以 得到新的矩阵，从而实现图像的置乱处理。令数字图像的像素坐标 ｘ，Ｙ∈（１，２，…，Ｎ），于是Ａｒｎｏｌｄ（实为二维Ａｒｎｏｌｄ）变换为 ｒ一］ ｒ ．１ｒ］ Ｉ：Ｉ （ｍｏｄ，ｚ） （１） Ｌｙ Ｊ Ｌ１ ２ＪＬｙＪ 记变换矩阵为Ａ，左端（ｘ’，Ｙ’） 为输出，右端（ｘ，ｙ） 为 输入，ｎ为图像矩阵的阶数。从式（１）可知，Ａｒｎｏｌｄ变换是一个 保面积映射（没有吸引子），同时是一一映射，因此不同位置的水 印像素嵌入到载体系数空间的位置不会重叠；当迭代次数足够大 时，任意两个相邻的水印像素点嵌入到载体的位置将会产生极大的 分离。这样水印的全部像素将随机而均匀的置乱到载体支图的整个 系数空间。由于Ａｒｎｏｌｄ变换呈周期性，水印图像的尺寸是一定的， 因此置乱迭代一定次数后总可以恢复到原始水印图像，但是有时计 算量会很大。当恢复需迭代次数非常多时，我们采用把Ａ拼凑成方 阵的方法构造Ａｒｎｏｌｄ逆变换通过相同的迭代次数ｋ逆变换回原始 水印图像，可以节省迭代次数和恢复时间，其中迭代次数可以为水 印系统提供密钥ｋｅｙ，从而增加了系统的安全性和保密性。 二、算法分析 本算法包括水印嵌入和提取过程，所使用的水印为单色位图， 载体是２４位位图。 （一）水印嵌入算法 设ｘ为原始图像，待隐藏的二值图像为ｗ，信息嵌入过程包括 原始图像小波分解、待隐藏图像置乱变换、、水印嵌入及小波重构 生成水印图像等环节。其步骤如下： １．为了增加攻击的复杂性，首先对待隐藏图像Ｗ进行Ａｒｎｏｌｄ 变换。 ２．把原始图像ｘ分为ｎＸｎ个区域，对每一区域进行三层多分 辨率分解；经３级小波变换分解后，形成不同分辨率，不同方向上 的子带。 ３．选择每个区域的ＨＨ，ＬＨ，ＬＨ ，ＨＨ ，ＬＨ：：和Ｈ｜｛：子带进行信 息嵌入。我们设待隐藏序列为Ｗ ：｛ｗ 『Ｗ ∈｛０，Ｉ｝，ｉ＝０，１，…， ＮＩ—ｉ），每位信息位嵌入到ｎ个系数中。采用一种均值量化算法和 块视觉阀值计算ＴＮＤ（ｊｕｓｔ ｎｏｔｉｃｅａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）相结合的算 法进行嵌入。 ４．分别对每块进行小波逆变换，得到含嵌入信息的图像。 （二）水印提取算法 水印提取过程是嵌入的逆过程，其过程为： １．分块离散小波变换。通过对嵌入过程３的逆过程，可取出每 个区域块的信息。 ２．对提取出来的水印再进行Ａｒｏｎｌｄ逆变换，经过迭代即可还 原出隐藏信息。 三、实验结果与分析 （一）攻击实验 为了客观地评价恢复出来的水印图像质量，用以下两个指标进 行衡量。 １．归一化互相关系数。 ， ＺＺ（ｗ—ｗ－－）（ｗ 一 ｒ） 』Ｖ Ｌ，＝—‘；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 、／∑∑（ｗ一 ） ＥＥ（ｗ＇一 ） 式中，ｗ为原始水印信号，Ｗ’为被恢复出来的水印信号， 为 ・－——１３０ ＿
替代和置乱相结合的图像分块加密算法
替代和置乱相结合的图像分块加密算法李娟 替代和置乱相结合的图像分块加密算法 ｍａｇｅ Ｂｌｏｃｋ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ 李 镉 （内蒙古化工职业学院计算机与信息工程系，内蒙古呼和浩特０１００７０） 摘要：为增强数字图像的安全性，提出了一种基于替代和置乱的图像分块加密算法。首先将原图像分块，并对每个图像块内像素 点执行按位替代操作；然后利用均匀分块置乱算法，将各个图像块内像素完全扩散到其他图像块中；接着利用Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ算法对每个图 像块进行像素值置乱；最后采用Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ算法对整幅图像做像素位置置乱，以消除图像的空间相关性。试验结果表明，该算法可以有 效地对图像进行加密解密，可有效抵抗不同程度的剪切和噪声攻击，且实时性较好。 关键词：图像安全图像加密置乱Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ变换均匀分块 中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标志码：Ａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅｓ，ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｂｌｏｃｋ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｉｍａｇｅ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｓｕｂ—ｂｌｏｃｋｓ，ａｎｄ ｂｉｔｗｉｓｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｘｅｃｕｔｅｄ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｐｉｘｅｌ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｂｌｏｃｋ；ｔｈｅｎ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｕｎｉｆｏｒｍ ｓｕｂ—ｂｌｏｃｋ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｅａｃｈ ｐｉｘｅｌ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｂｌｏｃｋ ｉｓ ｆｕｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｉｍａｇｅ ｂｌｏｃｋｓ，ａｎｄ ｐｉｘｅｌ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｓｃｒａｍｂｌｅｄ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｉｍａｇｅ ｂｌｏｃｋ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｉｎａｌｌｙ，ｐｉｘｅｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｉｍａｇｅ ｕｓｉｎｇ Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｏｉｎｇ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｃｒｙｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｍａｇｅｓ。ｉｔ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｓｉｓｔ ａｔｔａｃｋｓ ｏｆ ｓｈｅａｒｓ ａｎｄ ｎｏｉｓｅｓ，ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｂｅｔｔｅｒ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｍａｇｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｉｍａｇｅ ｅｎｅｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｕｎｉｆｏｒｍ ｓｕｂ—ｂｌｏｃｋ ０ 引言 当图像在网络上传输时，对图像内容的有效加密 和保护非常重要，保证信息的安全传输成为近年来学 者研究的热点…。图像加密领域以图像置乱为主，可 分成三类：像素位置变换方法＿２ ］、像素值变换方 法 以及两种方法相结合 ¨的方法。 近年来，国内外学者提出众多加密方案。Ｆｒｉｄｉｃｈ 等人Ｉ１ 提出一种基于二维标准ｂａｋｅｒ映射的对称块加 密技术：丁玮等人＿１ 提出按空间填充曲线、Ａｒｎｏｌｄ变 换、幻方的图像置乱（置换）变换；文献［１４］提出基于 骑士巡游变换的图像置乱方法，实现了图像细节的隐 藏：南艳红等人＿ｌ 探讨Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ变换的置乱效果及其 在数字图像水印中的应用 ，给出了一种描述数字图 像置乱程度的定义．并比较Ａｒｎｏｌｄ变换和Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ变 换的置乱效果；邹建成等人［１ 研究了Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ变换在 图像加密中的应用．取得了较好的加密效果：Ｎ．Ｋ． Ｐａｒｅｅｋ等人 １引结合两个Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌映射实现图像加 内蒙古化工职业学院基金资助项目（编号：ＺＪＹ０７０８Ｃ、ＫＹ２００９０３）。 修改稿收到日期：２０１３—０５—２２。 作者李娟（１９８０一），女，２０１０年毕业于内蒙古工业大学计算机技术专 业，获硕士学位，讲师；主要从事网络技术、信息安全、图像加解密等方向 的研究。 《自动化仪表》第３５卷第３期２０１４年３月 密：Ｍａｚｌｏｏｍ等人¨ 基于非线性耦合混沌映射 （ＣＮＣＭ）实现图像加密，通过对密钥做代数变换，有效 地增强了加密系统的安全性：Ｓｅｓｈａ＿】叩和Ｖｉｎｏｄ＿２０ 将三 维矩阵转换成为二维矩阵，顺序执行行列置换、行列替 代、行列置换完成彩色图像加密；Ｐａｒｅｅｋ｜２ 利用像素替 换和像素置换的方法，采用反馈机制增强系统鲁棒性。 本文基于二维Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ变换和均匀分块的思想， 提出了一种新的替代和置乱相结合的数字图像分块加 密算法。该算法具有一定的抗剪切、抗噪声攻击的能 力．而且实时性较好，可有效地对图像进行加密与解密。 １ 图像置乱效果评价 图像置乱可以达到图像加密的目的。其目的是降低 图像相邻像素相关性，使图像像素由确定性变为不确定 性的过程，也就是使图像信息量增加的过程。用熵值来 衡量置乱的效果，下面首先给出图像位置熵的定义： 日（Ｒ）＝＿∑ （Ｐ） （１） 式中：Ｂ为图像分块区域个数； （Ｐ）为第ｋ个分块区 域的信息熵。 （Ｐ）＝Ｚ Ｐ（ ， 南 ２） 式中：尸（ｉ√）为原始图像坐标为（ｉ，＿『）的像素出现在置
一种基于排列变换的数字图像置乱方法
一种基于排列变换的数字图像置乱方法
刘建华;袁岁维;范九伦
【期刊名称】《微电子学与计算机》
【年(卷),期】2010(0)6
【摘 要】利用排列变换具有的强不规则性,提出一种数字图像置乱加密方法.借助混沌系统生成的混沌序列得到所需的排列数组,通过对排列数组的数值进行匹配操作,达到对图像行(列)互换的目的,实现对图像的置乱加密.方法对图像大小没有限制.仿真结果表明:该方法具有理想的加密效果和较高的安全性.
【总页数】4页(P174-176)
【关键词】排列变换;图像置乱;混沌系统;匹配操作
【作 者】刘建华;袁岁维;范九伦
【作者单位】西安邮电学院信息与控制系
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种基于位置变换和灰度变换相结合的数字图像置乱方法 [J], 熊玮
2.一种新的基于A型Arnold变换的数字图像置乱算法 [J], 关健;丁振亚;段雪峰
3.一种结合Arnold和幻方变换的数字图像置乱方法 [J], 赵卉
4.一种基于位置变换和灰度变换相结合的数字图像置乱方法 [J], 熊玮
5.一种基于DCT和置乱变换的数字图像水印算法 [J], 杨金华;王霄;林祝亮 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
二维非等长图像置乱方法的研究与验证
二维非等长图像置乱方法的研究与验证
陈曦;向菲;张志勇;王剑
【摘 要】Traditional image scrambling methods such as Arnold
transformation,Baker transformation and the Magic Quadrant
transformation are usually applied to the processing of equilateral
images.But for the non-equilateral ones,the methods mentioned above
could be hardly utilized directly because the transformation periods do not
commonly exist in these ones during the transformation process.The
image interpolation is adopted to do pre-process in order to make
traditional scrambling methods be quickly and directly applied to non-isometric image scrambling.A series of objective evaluation methods is
employed to analyze the process and quality of image processing.The
experimental results show the feasibility and validity of the raised
method.%Arnold变换、Baker变换以及幻方变换等传统的图像置乱方法一般应用于正方形图像的处理,而在采用传统方法对宽高不等的普通矩形图像进行置乱时,由于处理对象普遍不具备变换周期,故难以直接运用上述方法.文章采用基于区域一致性的图像插值技术对图像进行预处理,然后对图像矩阵进行置乱与快速的逆置乱,并通过一系列客观的评价方法对图像处理的过程及结果进行分析,实验结果表明文中所提方法是可行有效的.
基于置乱与融合的数字图像隐藏技术及其应用
第２５卷第５期
２００８年５月 计算机应用与软件
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．５
Ｍａｖ ２００８
基于置乱与融合的数字图像隐藏技术及其应用
鄂 炜 康宝生
（西北大学信息科学与技术学院陕西西安７１００６９）
摘 要 基于数字图像的置乱与融合，提出一种新数字图像隐藏方法。对多幅数字图像采用先融合后置乱的处理，然后再基于 ＤＣＴ变换把置乱后的混合图像嵌入到公开图像之中。数值实验表明，所给方法实现简便，并且具有一定程度的鲁棒性。
关键词 数字图像信息隐藏 置乱 融合峰值信噪比
ＴＨＥ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ｏＦ ＤＩＧＩＴＡＬ ＩＭＡＧＥ ＩＮＦｏＲＭＡＴＩｏＮ ＨＩＤＩＮＧ ＢＡＳＥＤ
ｏＮ ＳＣＲＡＭＢＬＩＮＧ ＡＮＤ ＡＭＡＬＧＡＭＡＴＩｏＮ ＡＮＤ ＩＴＳ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ
Ｅ Ｗｅｉ Ｋａｎｇ Ｂａｏｓｈｅｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６９，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ａｎｄ ａｍａｌｇａｍａｔｉｏｎ，ａ ｎｏｖｅｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｈｉｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ，
ｍｕｌｔｉ—ｉｍａｇｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ａｍａｌｇａｍａｔｉｏｎ ｆｉｒｓｔ ｔｈｅｎ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ａｓ ｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｔ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｒａｍｂｌｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ｉｍａｇｅｓ
ｗｅｒｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎｔｏ ｐｕｂｌｉｃ ｉｍａｇｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＣＴ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ｉｎ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｓ ｒｏ—
基于Arnold变换的图像逆置乱算法
基于Arnold变换的图像逆置乱算法
黄外斌; 张亶; 董光昌
【期刊名称】《《高校应用数学学报A辑》》
【年(卷),期】2008(023)001
【摘 要】针对Arnold变换的周期依赖于图像的阶数这一特性,提出了一种反变换算法.该算法通过分析加密图像任一点处两坐标分量间关系,得到原图像相应点的坐标,从而实现图像的解密.该反变换也可作为图像置乱的正变换,相应的反变换就是Arnold变换.在此基础上,把二维反变换算法推广到m维的情形.实验结果表明,对于已应用Arnold变换进行预处理的置乱图像,在无须计算原图像变换周期的前提下可快速实现图像的逆置乱,该过程具有确定性,其迭代次数与预处理置乱次数相等.
【总页数】6页(P99-104)
【作 者】黄外斌; 张亶; 董光昌
【作者单位】浙江大学教学系 浙江杭州 310027; 浙江大学城市学院计算机与计算科学学院 浙江杭州 310015; 浙江大学计算机学院 浙江杭州 310027
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种新的基于A型Arnold变换的数字图像置乱算法 [J], 关健;丁振亚;段雪峰
2.基于Arnold变换的高效率分块图像置乱算法的研究 [J], 王圆妹;李涛
3.基于Arnold变换的非正方形图像置乱新算法 [J], 梁小勇;郭琳琴;李香林;薛成辉;王李芳;
4.基于Arnold变换的非正方形图像置乱新算法 [J], 梁小勇;郭琳琴;李香林;薛成辉;王李芳
5.一种基于DCT和Arnold变换的图像置乱新算法 [J], 张运华
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基于Arnold逆变换的图像置乱恢复算法
基于Arnold逆变换的图像置乱恢复算法
郭琳琴;张新荣;李震
【摘 要】针对Arnold变换图像置乱恢复,目前常用的方法有利用Arnold变换的周期性和利用反变换两种.提出一种新的基于Arnold逆变换的置乱恢复方法,该方法将Arnold变换矩阵的逆矩阵作为置乱恢复过程中的变换矩阵,同时,把二维逆变换推广到了m维的情形,并在此基础上,统一了Arnold变换和Arnold逆变换的形式.实验对三种方法的性能进行了比较,结果表明,对于已应用Arnold变换进行预处理的置乱图像,算法无须计算变换周期,无须讨论方程式即可快速实现图像的置乱恢复.
【期刊名称】《计算机应用与软件》
【年(卷),期】2010(027)009
【总页数】3页(P265-267)
【关键词】Arnold变换;图像置乱;逆变换
【作 者】郭琳琴;张新荣;李震
【作者单位】吕梁高等专科学校数学系,山西,吕梁,033000;天津大学计算机学院,天津,300072;西安理工大学理学院,陕西,西安,710048
【正文语种】中 文
0 引 言
保护数字图像的安全已经成为普遍关注的问题,数字图像信息安全主要涉及到图像信息的隐藏和伪装,图像置乱变换既可作为数字图像加密的一种方法,又可作为数字水印技术的预处理过程,越来越受到众多学者的关注。图像置乱能够消除图像的像素空间相关性,将一幅给定的数字图像变成一幅杂乱无章的图像,使其所要表达的真实信息无法直观地得到。目前,人们使用的置乱算法相当多[1-7],如Arnold变换、幻方变换、Hilbert曲线、骑士巡游等,其中,Arnold变换算法简单、易于理解和实现,在图像信息隐藏方面得到了很好的应用。
对于Arnold变换的置乱恢复,目前常用的方法有利用Arnold变换的周期性[4]和利用Arnold变换的反变换[5]。本文提出了一种Arnold逆变换的置乱恢复方法,该算法将Arnold变换的逆过程进行简单变形后直接用于置乱恢复,相比现有方法而言无需求周期,无需讨论方程式便可快速恢复图像。