1 长春大学, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对多光谱图像存储和传输安全性问题, 提出一种将混沌思想、 小波变换和KL(karhunen-loeve)变换相结合的多光谱图像压缩加密算法。 首先, 采用K-means聚类方案将多光谱图像聚类为通用像素, 通过选择合适的K值使算法的性能最优, 同时便于后续处理; 然后对通用像素进行二维离散9/7小波变换, 对变换后的系数进行Arnold变换以及加密处理, 消除多光谱图像大部分空间冗余, 减少压缩过程中的块效应; 之后对产生的小波系数进行改进的KL变换, 消除残余空间冗余和光谱冗余; 最后采用差分脉冲滤波器对系数进行编码, 并采用Tent映射对码流进行混淆扩散加密。 通过实验可知, 本算法的信息熵达到11.794 3(选取12位多光谱图像), 信息熵更接近最大值12, 优于现有算法, 可以更好的隐藏原图特征; 该算法的像素变化率(NPCR)和归一化平均变化强度(UACI)分别为99.81%和34.19, 优于现有的其他算法, 本算法可以更好的抵御差分攻击; 输出比特流变化率保持在47.62%~47.71%之间, 密文比特流变化率保持在47.45%~47.52%, 本算法具有较好的密钥敏感性; 在压缩比为4∶1~32∶1范围内, 系统PSNR在42 dB以上, 具有很高的压缩性能。 在4∶1~32∶1范围内, 本压缩算法达到很高的峰值信噪比, 优于现有的压缩算法, 在正常工作压缩比为16∶1时, 比现有压缩算法的信噪比提高了0.64 dB以上。 为进一步验证算法在高压缩比情况下的压缩性能, 该研究测试了压缩比为128∶1时系统的信噪比为31.28, 此时, 重建后的图像较为清晰, 优于现有算法1 dB以上。 可见, 该算法可行, 且特别适合对压缩比要求较高的场合, 并在频谱保真方面具有较好的效果。
KL变换 Arnold变换 差分脉冲滤波器 KL transform Arnold transform NPCR UACI Differential pulse filter NPCR UACI 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2976
1 杭州电子科技大学通信工程学院, 浙江 杭州 310018
2 上海交通大学光纤区域网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
针对正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)算法中数据安全性低和峰值平均功率比(PAPR)高的问题,提出了一种基于三维Arnold变换和混沌Frank序列的加密算法。该算法采用基于主成分分析的保守数字混沌系统产生的混沌序列进行加密,可解决混沌序列结构和计算精度导致的退化问题。首先,将OFDM信号转换为三维信号矩阵,利用三维Arnold变换进行置乱变换,实现对数据的加密;然后,将加密数据通过混沌序列随机选择的Frank序列,以降低OFDM信号的PAPR。仿真实验结果表明,相比传统的OFDM-PON算法,本算法在互补累积分布函数的概率为10 -3时可将信号的PAPR约降低2.1 dB,在误比特率为3.8×10 -3时可将接收光功率约降低1 dB。
光通信 正交频分复用无源光网络 混沌加密 三维Arnold变换 主成分分析 光学学报
2021, 41(16): 1606002
1 西安邮电大学通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
2 电子信息现场勘验应用技术公安部重点实验室, 陕西 西安 710121
为了均衡水印的视觉不可见性与鲁棒性,解决数字多媒体产品的版权保护和内容认证问题,提出了一种基于结构森林边缘与尺度不变特征转换(SIFT)的鲁棒水印算法。首先,将彩色图像从RGB颜色空间转换到Lab颜色空间,并提取L分量的1024个SIFT稳定点作为水印的嵌入位置;然后利用训练好的随机决策森林模型提取图像边缘作为水印图像,对水印图像进行离散小波变换(DWT) 得到低频子带,将低频子带划分成不重叠的子块,得到每个子块的最大值并利用Arnold变换进行加密。实验结果表明,所提算法具有良好视觉不可见性的同时,能够有效地抵抗剪切、斑点噪声、运动模糊等攻击,具有较好的鲁棒性,并且有效地保护了图像的原始边缘特征。
机器视觉 视觉不可见性 版权保护 内容认证 结构森林边缘 Arnold变换 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0615006
华中师范大学 计算机学院, 湖北 武汉 430079
本文提出一种量子混沌与折叠算法相结合的图像加密系统。该系统的主要思想是通过量子混沌映射和二维Logistic映射分别进行Arnold变换, 得到两个由伪随机数组成的与灰度图像大小相等的矩阵Q、E, 然后利用这两个矩阵对图像分别进行以下操作: 一是利用矩阵Q对图像从4个方向进行“折叠操作”, 二是使用前一个像素值与当前像素值进行异或, 然后将异或得到的值加上E对应的值, 以对当前像素值进行修改, 从而达到图像扩散的效果, 增加差分攻击的难度。利用MATLAB对测试图像进行模拟仿真分析, 结果显示, 经该加密系统加密后的图像, 其水平、竖直和对角线方向像素值的相关性分别为0.001 006、0.000 152、0.000 789, 信息熵H(s)=7.997 3。一系列的实验结果表明该加密系统具有很高的安全性和随机性。
量子混沌映射 Logistic映射 Arnold变换 折叠操作 差分攻击 quantum chaotic map logistic map Arnold transform folding operation differential attack
江西理工大学 信息工程学院，江西 赣州 341000
为了提高数字图像水印的鲁棒性，提出一种离散余弦变换和汉明码相结合的数字图像水印算法。该算法首先用Arnold 变换和汉明码对二值水印图像进行置乱加密和编码；然后对载体图像进行8×8 分块，且对每个子块分别进行二维离散余弦变换；最后再将加密和编码后的水印嵌入到二维离散余弦变换的中频系数中，嵌入强度根据载体图像的特性自适应的确定。实验结果表明，水印表现出良好的安全性和不可感知性，不仅能够有效的抵御噪声、重采样、滤波、压缩、旋转和剪切等单一水印攻击，对多种单一水印攻击组合而成的联合水印攻击也具有较好的鲁棒性，实现了水印的自适应嵌入和盲提取。
数字图像水印 Arnold 变换 汉明码 离散余弦变换 自适应 digital image watermarking Arnold transform Hamming code discrete cosine transform adaptive
安徽工程大学电气工程学院, 安徽 芜湖 241000
为了确保现代网络信息传输的安全性问题，提出了一种基于压缩感知理论和分块Arnold 变换置乱的计算全息图双重加密算法。该方法制作出原始图像的纯相位全息图，利用压缩感知的随机测量矩阵作为密钥对全息图进行初次加密，将加密后的图像通过分块Arnold 变换置乱再次加密。使用密钥对经过两次加密的图像解密可重现原始图像。该全息加密方法相较于传统光学加密设计灵活、光路简单，且两次加密均具有随机性，从而大大提高了信息传输的安全性。结果表明，解密恢复的图像质量理想、安全性高、稳健性强。通过搭建基于硅基液晶空间光调制器的全息显示系统对提出的加密方法进行了实验验证。
全息 图像加密 计算全息 压缩感知 Arnold变换 空间光调制器
1 四川大学光电系, 四川 成都 610064
2 石河子大学理学院物理系生态物理实验室, 新疆 石河子 832000
3 石河子大学信息科学与技术学院, 新疆 石河子 832000
4 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
提出了一种基于压缩感知的光学数字图像加密方案，利用压缩感知理论及特点，借助双随机相位编码技术，实现了对数字图像的多重加密。通过压缩感知使用随机测量矩阵作为密钥对原始图像加密，然后对加密图像利用Arnold变换置乱二次加密，并通过4f光学系统进行双随机相位编码再次对图像加密，从而实现了对图像的多次加密。考虑实际应用中传输过程的安全性，将加密图像融合于载体图像。在接收端，对加密图像进行解密重构。实验结果表明，该加密方案能够有效降低采样数据量，具有高稳健性，对密钥响应敏感并可以抵御较强的攻击。
信号处理 压缩感知 Arnold 变换 双随机相位编码技术 密钥
东北林业大学信息与计算机工程学院，哈尔滨 150040
提出了一种基于Amold变换的均匀数字图像加密算法。将传统的Arnold变换进行改进，加入两个参数a，b，并利用Logistic映射产生参数序列。将数字图像分块，对每个图像块分别进行参数不同的Arnold变换，由此实现对图像的位置置乱。另外将Arnold变换推广至多维，用于图像的灰度置乱，从而构造一个位置置乱和灰度置乱相结合的图像加密算法。实验仿真结果表明该算法能够取得很好的加密效果，且具有密钥空间大，密钥敏感性强，以及能够抵御统计和已知明文攻击等优点。基本满足图像加密的有效性和安全性要求。
Arnold变换 Logistic映射 数字图像加密 Arnold transformation logistic map digital image encryption
1 武汉工业学院数理科学系， 湖北 武汉 430023
2 空军驻川西地区军事代表室， 四川 成都 610031
提出了一种结合空域和小波域的综合水印算法，并对此算法进行了性能分析.结果表明，在不降低水印算法鲁棒性的前提下，极大地提高了水印信息的安全性，在工业和商业等领域有一定的应用价值.
数字水印 小波变换 Arnold变换 digital watermarking wavelet t5ransform Arnold transform
1 浙江省金华市气象局，浙江 金华 321000；[浙江省金华市气象局]
2 浙江师范大学 数理与信息工程学院，浙江 金华 321004；[浙江师范大学]
提出一种基于离散平稳小波变换的变换域的数字图像水印嵌入和提取算法。本算法先将数字水印图像进行置乱变换(Arnold 变换)，然后将置乱后的水印图像进行混沌加密，将加密后的水印按行展开成一维行向量，并将像素值从大到小排序，将原始图像平稳小波分解得到的低频系数也按行展开成一维行向量，并按从大到小排序。将排序后的水印图像嵌入排序后的低频系数中，变回二维后结合其它频域重构出水印图像，水印提取是嵌入过程的逆过程，将提取出的水印图像进行混沌解密、Arnold 反置乱变换得到原始水印图像。本算法选择了合适的水印嵌入位置，实验结果表明：该算法使图像的不可见性好，而且所嵌入的水印对一般的图像处理攻击如噪声、滤波、旋转、压缩等有较强的鲁棒性。
数字水印 Arnold 变换 小波变换 鲁棒性 digital watermarking Arnold transform wavelet transform robustness
