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1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 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(shí)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(jì)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(jì)題目: 專業(yè)綜合實(shí)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(jì)地點(diǎn): 機(jī)房 指 導(dǎo) 教 師: 趙英亮 徐美芳 系 主 任: 王浩全 下達(dá)任務(wù)書日期: 20
2、15 年12 月 27 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的: 圖像加密是對于保持圖像的安全性有一定的工程實(shí)用價(jià)值。本課題要求同學(xué)對圖像加密原理進(jìn)行學(xué)習(xí),在此基礎(chǔ)上利用編程語言進(jìn)行程序的編寫,并對不同的加密效果進(jìn)行比較分析。 2設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)原始圖像,并利用像素點(diǎn)置亂,行列亂序,色彩飽和度混亂等算法對其實(shí)現(xiàn)加密處理,得到加密后的圖像,與原信號進(jìn)行比較。3、 對加密后的圖像進(jìn)行解密,并對解密后的圖像與原始加密前圖像進(jìn)行比較。4、 比較其不同加密方法的優(yōu)缺點(diǎn)。5、 要求三位同學(xué)各自應(yīng)用
3、不同的加密方法來實(shí)現(xiàn)。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等:課程設(shè)計(jì)說明書一份仿真結(jié)果課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn):l 要求按國標(biāo)GB 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫,例:1 傅承義,陳運(yùn)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(jì)成果形式及要求:課程設(shè)計(jì)說明書仿真結(jié)果6工作計(jì)劃及進(jìn)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(jì)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(shí)驗(yàn);撰寫課程設(shè)計(jì)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(jì)說明書應(yīng)包括以下主要內(nèi)容: (1)封面:課程設(shè)計(jì)題目、班級、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間 (2)設(shè)計(jì)任務(wù)書 (3)目錄 (4)設(shè)計(jì)方案簡介 (5)設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表 (6)設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算 (7)設(shè)計(jì)結(jié)果 (8)設(shè)計(jì)評述,設(shè)計(jì)者對本設(shè)計(jì)的評述及通過設(shè)計(jì)的收獲體會(huì) (9)參考文獻(xiàn)目錄1 引言.12設(shè)計(jì)目的.23 設(shè)計(jì)方案簡介.23.1 基于像素點(diǎn)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(jì)條件及主要參數(shù)表.34.1 像素點(diǎn)置亂.34.2 行列亂序.34.3 色彩飽和度混亂.35 設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算.56 設(shè)計(jì)結(jié)果.57 設(shè)計(jì)的收獲體會(huì).78 參考文獻(xiàn).71 引言隨著20世紀(jì)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(jì)、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(jìn)去的數(shù)據(jù)為一個(gè)三層的矩陣,矩陣的行或列表示圖像每一個(gè)像素點(diǎn)的位置。矩陣的第一層、第二層、第三層分別代表紅、綠、藍(lán)三種像素(RGB色域)。對此,可設(shè)計(jì)以下幾種加密方法:隨機(jī)打亂各層的行或列。隨機(jī)打亂像素點(diǎn)像素點(diǎn)RGB值的縮放。2 設(shè)計(jì)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(shí)用價(jià)值。本課題要求同學(xué)對圖像加密原理進(jìn)行學(xué)習(xí),在此基礎(chǔ)上利用編程語言進(jìn)行程序的編寫,并對不同的加密效果進(jìn)行比較分析。3 設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)討論基于混沌的圖像加密算法。3.1 基于像素點(diǎn)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(gè)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(jìn)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(shí)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(jì)算復(fù)雜性、抗干擾
8、能力等方面評價(jià)一個(gè)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(yùn)算步驟少、運(yùn)算速度快,可對較大圖像文件進(jìn)行加密,缺點(diǎn)是對于一些特殊的圖像無法進(jìn)行加密。下面以隨機(jī)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(diǎn)RGB值的縮放每個(gè)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(jìn)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(huì)隨倍數(shù)的增加其效果會(huì)更好,但由于過于簡單,易被解密。4 設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表4.1像素點(diǎn)置亂用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中,假設(shè)RGB是一個(gè)m行n列3層的矩陣。ran
9、dsample可產(chǎn)生隨機(jī)向量,用此函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)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(diǎn)隨機(jī)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(gè)m行n列3層的矩陣。randsample可產(chǎn)生隨機(jī)向量,用此函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)與圖像矩陣RGB的行數(shù)m相等的整數(shù)隨機(jī)數(shù)列并返回到r中。這樣就可以將原圖像矩陣的行隨機(jī)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(gè)m行n列3層的矩陣。Rand函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)m行n列3層的由隨機(jī)數(shù)組成的矩陣,并返回到r中,再返回時(shí)可以數(shù)乘一個(gè)數(shù)改變其縮放倍數(shù)。用矩陣的點(diǎn)運(yùn)算,通過點(diǎn)乘、點(diǎn)除,可得到加密解密圖像。5 設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算6 設(shè)計(jì)結(jié)果(1)像素點(diǎn)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(jī)矩陣 for i=1:256 for j=1:256 G1(i,j)=0.1*G(i,j)+0.9*Gadd(i,j); %進(jìn)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(jì)的收獲體會(huì)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了,在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí),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(jì)過程中,與同學(xué)分工設(shè)計(jì),和同學(xué)們相互探討,相互學(xué)習(xí),相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作,學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄,學(xué)會(huì)了寬容,學(xué)會(huì)了理解,也學(xué)會(huì)了做人與處世。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練,著是我們邁向社會(huì),從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”,通過這次課程設(shè)計(jì),我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì),學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步,就是為
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