圖像加密解密算法課件

中北大學

信息商務學院課程設計說明書學生姓名：學號：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教師：趙英亮徐美芳職稱:副教授2016年1月8日中北大學

信息商務學院課程設計任務書15/16學年第一學期系 別：電子信息工程專 業(yè)：電子信息工程課程設計題目：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日課程設計地點：機房指導教師： 趙英亮徐美芳系主任：王浩全下達任務書日期： 2015年12月27日課程設計任務書.設計目的：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。本課題要求同學對圖像加密原理進行學習，在此基礎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。.設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）：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、要求三位同學各自應用不同的加密方法來實現(xiàn)。.設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書（論文）、圖紙、實物樣品等〕：課程設計說明書一份仿真結果課程設計任務書.主要參考文獻：要求按國標GB7714-87《文后參考文獻著錄規(guī)則》書寫，例：1傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學基礎.北京：科學出版社，1985（5篇以上）.設計成果形式及要求：課程設計說明書仿真結果.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：在指導教師指導下設計方案；2016年1月1日~1月7日：在指導教師輔導下完成實驗；撰寫課程設計說明書；1月8日：答辯系主任審查意見：簽字：年月日設計說明書應包括以下主要內(nèi)容：（1）封面：課程設計題目、班級、姓名、指導教師、時間（2）設計任務書（3）目錄（4）設計方案簡介（5）設計條件及主要參數(shù)表（6）設計主要參數(shù)計算（7）設計結果（8）設計評述,設計者對本設計的評述及通過設計的收獲體會（9）參考文獻目錄TOC\o"1-5"\h\z1弓|言 1\o"CurrentDocument"2設計目的 2\o"CurrentDocument"3設計方案簡介 23.1基于像素點置亂算法的圖像加密技術 33.2基于行列亂序算法的圖像加密技術 33基于色彩飽和度混亂算法的圖像加密技術 3\o"CurrentDocument"4設計條件及主要參數(shù)表 31像素點置亂 32行列亂序 33色彩飽和度混亂..............................3\o"CurrentDocument"5設計主要參數(shù)計算 5\o"CurrentDocument"6設計結果 5\o"CurrentDocument"7設計的收獲體會 7\o"CurrentDocument"8參考文獻 71引言隨著20世紀90年代internet的迅速發(fā)展，多媒體技術的逐漸成熟和電子商務的興起，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術界和工業(yè)界共同關注的新的研究方向。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用。Matlab里的imread函數(shù)可用于讀取圖片文件中的數(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，可設計以下幾種加密方法：①隨機打亂各層的行或列。②隨機打亂像素點③像素點RGB值的縮放。2設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。本課題要求同學對圖像加密原理進行學習，在此基礎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2基于行列亂序算法的圖像加密技術3.基于色彩飽和度混亂算法的圖像加密技術在這些方案中，基本上都采用了圖像置亂技術，只是不同的方案的安全性、復雜性和加密、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，就很難恢復出原始圖像?；谥脕y技術的圖像加密技術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)字水印等任務的基礎性工作，置亂方法的優(yōu)劣將直接影響其任務的效果，因此我們需要從置亂效果、計算復雜性、抗干擾能力等方面評價一個圖像置亂算法的優(yōu)劣?；谛辛衼y序算法的圖像加密技術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。基于色彩飽和度混亂算法的圖像加密技術像素點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設計條件及主要參數(shù)表像素點置亂用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中，假設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。行列亂序用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中，假設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RGBS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。色彩飽和度混亂用imread函數(shù)將圖像讀入矩陣RGB中，假設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設計主要參數(shù)計算6設計結果原圖置亂后的圖像恢復后的圖像原圖置亂后的圖像恢復后的圖像7設計的收獲體會兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，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。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，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計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎.8參考文獻【1】阮秋琦.數(shù)字圖像處理學.電子工業(yè)出版社，2001【