(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210880340.2 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510090 广东省广州市越秀区东 风东 路729号 (72)发明人 陈丽　梁振辉　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 刘俊 (51)Int.Cl. G06F 21/60(2013.01) G06F 7/58(2006.01) G06N 7/08(2006.01) H04L 9/08(2006.01) (54)发明名称 一种图像加密方法、 系统、 图像解密方法及 解密系统 (57)摘要 本发明提出一种提出一种图像加密方法、 系 统、 图像解密方法及解密系统， 涉及信息安全的 技术领域， 利用计算全息GS算法将原始图像编码 为纯相位全息加密图， 然后基于伪随机的分块方 式， 利用Logistic混沌系 统产生伪随机序列， 并 获得其互补的序列， 两者对纯相位全息加密图进 行分块处理， 产生两张互补的子图像， 避免了图 像像素之间的强相关性现象， 保障了各个图像像 素点加密的可靠性， 接着利用Logi stic混沌系统 对分块子图像进行按位异或运算扩散， 得到置乱 加密的子图像， 最后将置乱加密的子图像合成完 整的加密图像， 加密性能更好， 密钥空间更大， 使 得图像在传输和使用的过程中具有更好的保密 性和安全性。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115391796 A 2022.11.25 CN 115391796 A 1.一种图像加密方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： S1.获取待加密的原 始图像； S2.基于计算全息GS算法将原 始图像编码为纯相位全息加密图； S3.利用Lo gistic混沌系统产 生伪随机序列数组， 基于伪随机序列数组生成互补 数组， 并对伪随机序列数组、 互补数组进行预处理， 得到预处理后的伪随机序列数组及其互补数 组； S4.基于预处理后的伪随机序列数组及其互补数组， 对纯相位全息加密图进行随机掩 膜分块， 得到分块子图像； S5.利用Logistic混沌系统对分块子图像进行按位异或运算扩散， 得到置乱加密的子 图像； S6.将置乱加密的子图像合成完整的加密图像。 2.根据权利要求1所述的图像加密方法， 其特征在于， 基于计算全息GS算法将原始图像 编码为纯相位全息加密图的过程 为： S21.引入与原始图像像素大小相同的随机相位矩阵， 从原始图像的空域出发， 将原始 图像与随机相位矩阵分别作为迭代输入的振幅与相位， 并设置阈值； S22.对振幅和相位进行傅里叶变换， 得到频域分布， 然后施加频域约束， 保留相位信 息， 振幅归一； S23.对施加频域约束后的频域分布进行逆傅里叶变换， 得到空域分布后， 施加空域约 束； S24.重复执行步骤S22～S23， 在执行过程中， 根据目标 图像与当次迭代输出图像像素 结果之间的误差进 行计算， 在图像像素之间的相关系数大于等于阈值时， 迭代终止， 输出最 终的纯相位全息加密图。 3.根据权利要求2所述的图像加密方法， 其特征在于， 设原始图像表示为f(x,y)， g(u, v)为待加密图像， φ(x,y)为随机相位， x,y分别 为空域的横、 纵坐标， u,v分别 为频域的横、 纵坐标， 则基于计算全息GS算法将原 始图像编码为纯相位全息加密图的过程满足 公式： F(x,y)＝f(x,y) ·φ(x,y) 其中， FT为快速傅里叶变 换， IFT为快速逆 傅里叶变 换； gn(u,v)为经过第n次变 换后图像 在频域的坐标， fn(x,y)为经 过第n次变换后图像在空域的坐标。 4.根据权利 要求1所述的图像加密方法， 其特征在于， 利用Lo gistic混沌系统产生伪随 机序列数组， 基于伪随机序列数组生成互补数组的过程 为： S31.引入Logistic混沌系统的非线性迭代方程， 设定第一组初始值， 利用非线性迭代 方程产生 一个映射变量； S32.确定纯相位全息加密图的像素数量， 以此作为映射变量的迭代次数， 再次经过非 线性迭代方程 运算， 生成一组初始伪随机数组； S33.将初始伪随机序列数组中小于等于0.5的元素赋值为0,其余的元素赋值为1， 生成权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115391796 A 2一组仅有0、 1且位置随机的伪随机序列数组； S34.引入一组全部值为1的大小相同的数组， 将该数组与S33的伪随机序列数组相减， 得到互补数组； 在步骤S31中， L ogistic混沌系统的非线性迭代方程 为： X＝U·X·(1‑X) 其中， 在第一组初始值中， U取U1， X取X1； 对伪随机序列数组、 互补数组进行的预处理为： 将伪随机序列数组和 互补数组做0和1 归一化， 将小于等于 0.5的元素归为0， 其 余的元素归为1。 5.根据权利要求4所述的图像加密方法， 其特征在于， 基于预处理后的伪随机序列 数组 及其互补数组， 对纯相位全息加密图进行随机掩膜分块时， 将伪随机序列数组及其互补数 组分别与纯相位全息加密图的像素做点乘计算， 得到 两张分块子图像。 6.根据权利 要求5所述的图像加密方法， 其特征在于， 利用Lo gistic混沌系统对分块子 图像进行按位异或运 算扩散， 得到 置乱加密的子图像的过程 为： S51.引入Lo gistic混沌系统的非线性迭代方程， 设定第二组初始值、 第三组初始值， 利 用非线性迭代方程分别产生两个不同的映射变量； S52.以两张分块子图像的像素数量分别作为两个映射变量的迭代次数， 再分别经过非 线性迭代方程的运 算， 生成两组随机且不相等的伪随机序列数组； S53.令两组伪随机序列数组与255相乘， 将两组伪随机序列数组中的元素分别转变为 整形数据类型且数值在0～ 255； S54.将S53之后的两组伪随机序列数组分别与两张分块子图像进行Bitxor按位异或， 产生置乱加密的两张子图像； 在步骤S51中， L ogistic混沌系统的非线性迭代方程 为： X＝U·X·(1‑X) 在第二组初始值中， U取U2， X取X2， 在第三组初始值中， U取U3， X取X3； Bitxor按位异或的表达式为： 其中， CI为输出的图像， C0为输入的图像， SI为密码流。 7.一种图像加密系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 原始图像获取 单元， 用于获取待加密的原 始图像； 全息加密单 元， 基于计算全息GS算法将原 始图像编码为纯相位全息加密图； 伪随机预处理单元， 用于利用Logistic混沌系 统产生伪随机序列数组， 基于伪随机序 列数组生成互补数 组， 并对伪随机序列数组、 互补数组进行预 处理， 得到预 处理后的伪随机 序列数组及其互补数组； 随机掩膜分块单元， 基于预处理后的伪随机序列数组及其互补数组， 对纯相位全息加 密图进行随机掩膜分块， 得到分块子图像； 置乱加密单元， 利用Logistic混沌系统对分块子图像进行按位异或运算扩散， 得到置 乱加密的子图像； 加密合成单 元， 用于将置乱加密的子图像合成完整的加密图像。 8.一种图像解密方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115391796 A 3