圖像加密解密算法

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 系 別： 電子信息工程 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 專業(yè)綜合實踐之多維信息處理部分： 圖像加密解密算法研究 指導(dǎo)教師： 趙英亮 徐美芳 職稱: 副教授 2016 年 1 月 8 日中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 15/16 學(xué)年第 一 學(xué)期系 別： 電子信息工程 專 業(yè)： 電子信息工程 課程設(shè)計題目： 專業(yè)綜合實踐之多維信息處理部分： 圖像加密解密算法研究 起 迄 日 期： 2015年12月28 日2016年1月8日 課程設(shè)計地點： 機房 指 導(dǎo) 教 師： 趙英亮 徐美芳 系 主 任： 王浩全 下達任務(wù)書日期: 20

2、15 年12 月 27 日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的： 圖像加密是對于保持圖像的安全性有一定的工程實用價值。本課題要求同學(xué)對圖像加密原理進行學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上利用編程語言進行程序的編寫，并對不同的加密效果進行比較分析。 2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：1、 查閱資料，研究不同的圖像加密方法。2、 利用編程語言打開一個原始圖像，并利用像素點置亂，行列亂序，色彩飽和度混亂等算法對其實現(xiàn)加密處理，得到加密后的圖像，與原信號進行比較。3、 對加密后的圖像進行解密，并對解密后的圖像與原始加密前圖像進行比較。4、 比較其不同加密方法的優(yōu)缺點。5、 要求三位同學(xué)各自應(yīng)用

3、不同的加密方法來實現(xiàn)。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：課程設(shè)計說明書一份仿真結(jié)果課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書4主要參考文獻：l 要求按國標(biāo)GB 771487文后參考文獻著錄規(guī)則書寫，例：1 傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，1985 （5篇以上）5設(shè)計成果形式及要求：課程設(shè)計說明書仿真結(jié)果6工作計劃及進度：2015年12月28日 12月29日：查資料；12月30日 12月31日：在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下設(shè)計方案；2016年1月1日 1月7日：在指導(dǎo)教師輔導(dǎo)下完成實驗；撰寫課程設(shè)計說明書； 1月8日：答辯系主任審查意見： 簽字： 年 月

4、 日設(shè)計說明書應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：   （1）封面：課程設(shè)計題目、班級、姓名、指導(dǎo)教師、時間   （2）設(shè)計任務(wù)書   （3）目錄   （4）設(shè)計方案簡介   （5）設(shè)計條件及主要參數(shù)表   （6）設(shè)計主要參數(shù)計算   （7）設(shè)計結(jié)果   （8）設(shè)計評述,設(shè)計者對本設(shè)計的評述及通過設(shè)計的收獲體會   （9）參考文獻目錄1 引言.12設(shè)計目的.23 設(shè)計方案簡介.23.1 基于像素點置亂算法的圖像加密技術(shù).33.2 基

5、于行列亂序算法的圖像加密技術(shù).33.3 基于色彩飽和度混亂算法的圖像加密技術(shù).34 設(shè)計條件及主要參數(shù)表.34.1 像素點置亂.34.2 行列亂序.34.3 色彩飽和度混亂.35 設(shè)計主要參數(shù)計算.56 設(shè)計結(jié)果.57 設(shè)計的收獲體會.78 參考文獻.71 引言隨著20世紀90年代internet的迅速發(fā)展，多媒體技術(shù)的逐漸成熟和電子商務(wù)的興起，網(wǎng)上多媒體信息量急劇膨脹，使得多媒體信息的安全問題變的越來越重要，多媒體信息安全成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的新的研究方向。數(shù)字圖像是目前最流行的多媒體形式之一，在政治、經(jīng)濟、國防、教育等方面均有廣泛應(yīng)用。Matlab里的imread函數(shù)可用于讀取圖片文

6、件中的數(shù)據(jù)。讀進去的數(shù)據(jù)為一個三層的矩陣，矩陣的行或列表示圖像每一個像素點的位置。矩陣的第一層、第二層、第三層分別代表紅、綠、藍三種像素（RGB色域）。對此，可設(shè)計以下幾種加密方法：隨機打亂各層的行或列。隨機打亂像素點像素點RGB值的縮放。2 設(shè)計目的 圖像加密是對于在數(shù)據(jù)傳輸中，保持圖像的安全性有一定的工程實用價值。本課題要求同學(xué)對圖像加密原理進行學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上利用編程語言進行程序的編寫，并對不同的加密效果進行比較分析。3 設(shè)計方案簡介目前，圖像加密的方案主要有一下幾類：1.基于像素點置亂算法的圖像加密技術(shù)2基于行列亂序算法的圖像加密技術(shù)3.基于色彩飽和度混亂算法的圖像加密技術(shù)在這些方案中

7、，基本上都采用了圖像置亂技術(shù)，只是不同的方案的安全性、復(fù)雜性和加密、解密的速度不同，我們將重點討論基于混沌的圖像加密算法。3.1 基于像素點置亂算法的圖像加密技術(shù)圖像置亂的功能是將圖像中像素的位置或者像素的顏色打亂，將原始圖像變換成一個雜亂無章的新圖像，如果不知道所使用的置亂變換，就很難恢復(fù)出原始圖像?；谥脕y技術(shù)的圖像加密技術(shù)總體上來說可以等效為對圖像矩陣進行有限不的初等變換，從而打亂像素的排列位置。但是初等變換時一維線性變換，其保密性不高。通常，圖像置亂是圖像信息隱藏、圖像信息分存和數(shù)字水印等任務(wù)的基礎(chǔ)性工作，置亂方法的優(yōu)劣將直接影響其任務(wù)的效果，因此我們需要從置亂效果、計算復(fù)雜性、抗干擾

8、能力等方面評價一個圖像置亂算法的優(yōu)劣。3.2 基于行列亂序算法的圖像加密技術(shù)打亂矩陣行或列的方法運算步驟少、運算速度快，可對較大圖像文件進行加密，缺點是對于一些特殊的圖像無法進行加密。下面以隨機打亂行為例介紹加密解密方法。3.3 基于色彩飽和度混亂算法的圖像加密技術(shù)像素點RGB值的縮放每個像素都有各自的顏色值，其顏色值按一定倍數(shù)縮放，將其原數(shù)值進行覆蓋，便產(chǎn)生了與原圖像不同的圖像，起到了加密的作用。這種加密方法加密效果會隨倍數(shù)的增加其效果會更好，但由于過于簡單，易被解密。4 設(shè)計條件及主要參數(shù)表4.1像素點置亂用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中,假設(shè)RGB是一個m行n列3層的矩陣。ran

9、dsample可產(chǎn)生隨機向量，用此函數(shù)產(chǎn)生一個值為從1到m*n*3的行向量并返回到r中。這樣就可以將原圖像矩陣的所有像素點隨機打亂，將打亂后的矩陣返回至RGBS中，在用reshape函數(shù)將RGBS中的所有元素重置為新的 的矩陣并返回到RGBSS中。用find函數(shù)找出向量r內(nèi)從1 到m的元素的位置并返回到向量f。至此就可以將打亂的圖像還原。4.2行列亂序用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中,假設(shè)RGB是一個m行n列3層的矩陣。randsample可產(chǎn)生隨機向量，用此函數(shù)產(chǎn)生一個與圖像矩陣RGB的行數(shù)m相等的整數(shù)隨機數(shù)列并返回到r中。這樣就可以將原圖像矩陣的行隨機打亂，將打亂后的矩陣返回至RG

10、BS中。用find函數(shù)找出向量r內(nèi)從1到m的元素的位置并返回到向量f。至此就可以將打亂的圖像還原。4.3色彩飽和度混亂用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中,假設(shè)RGB是一個m行n列3層的矩陣。Rand函數(shù)產(chǎn)生一個m行n列3層的由隨機數(shù)組成的矩陣，并返回到r中，再返回時可以數(shù)乘一個數(shù)改變其縮放倍數(shù)。用矩陣的點運算，通過點乘、點除，可得到加密解密圖像。5 設(shè)計主要參數(shù)計算6 設(shè)計結(jié)果（1）像素點置亂clear close clc G=imread('D:womenphoto.jpg'); %讀取圖片（為256×256灰度）subplot(1,3,1); imshow(

11、G); %顯示圖像title('原圖') %title一下原圖Gadd=fix(256*rand(256,256,3);%引入的置亂隨機矩陣 for i=1:256 for j=1:256 G1(i,j)=0.1*G(i,j)+0.9*Gadd(i,j); %進行加權(quán)求和 end end subplot(1,3,2) imshow(G1); %顯示圖像title('置亂后的圖像') for i=1:256 for j=1:256 G2(i,j)=(G1(i,j)-0.9*Gadd(i,j)./0.1; %還原圖像 end end subplot(1,3,3) i

12、mshow(G2); %顯示圖像title('恢復(fù)后的圖像')（2）行列亂序（2） 行亂clearRGB=imread('D:womenphoto.jpg');s=size(RGB);r=randsample(s(1),s(1);RGBS=RGB(r,:,:);t=1;j=1;f=1:r;while t<=length(r) f(j)=find(r=t); t=t+1; j=j+1;endf;RGBE=RGBS(f,:,:);subplot(1,2,1);imshow(RGBS);title('code','fontsize'

13、;,20);subplot(1,2,2);imshow(RGBE);title('decrypt','fontsize',20);列亂clear RGB=imread('D:womenphoto.jpg'); s=size(RGB); i=randsample(s(2),s(2); RGBS=RGB(:,i,:); t=1;j=1;f=1:i; while t<=length(i) f(j)=find(i=t); t=t+1; j=j+1; end f; RGBE=RGBS(:,f,:); subplot(1,2,1);imshow(RGB

14、S); title('加密后','fontsize',20); subplot(1,2,2);imshow(RGBE); title('解密后','fontsize',20);（3）色彩飽和度混亂clear RGB=imread('D:womenphoto.jpg'); s=size(RGB); r=rand(s(1),s(2),s(3)*50; RGBD=im2double(RGB); RGBS=RGBD.*r; RGBE=RGBS./r; subplot(1,2,1);imshow(RGBS);title(&#

15、39;加密后','fontsize',20); subplot(1,2,2);imshow(RGBE);title('解密后','fontsize',20); 7設(shè)計的收獲體會兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義我今天認真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為