基于分数傅里叶变换和分数余弦变换的多图像及彩色图像加密算法

摘要

随着计算机和互联网的迅速普及,信息的交流在现代社会中发挥着重要的作用。图像作为信息的有效载体,被广泛运用于各领域。因此,图像安全成为了信息安全领域中一个重要的研究方向。目前,已提出一系列图像加密算法,其中基于分数傅里叶变换的图像加密算法是研究热点,引起了研究人员的极大关注。此外,为了满足图像数据传输实时性的要求,加密算法不应使传输负载过重。近年来,多图像和彩色图像的加密算法已成为关注的焦点。本文的主要工作概括如下:
　　 1、结合图像压缩和频谱切割,提出了一种基于多阶离散分数傅里叶变换的多图像通用加密算法。原始图像离散余弦变换域中的低频分量被切割下来后,将其拼接成一幅混合频谱图像,随后对混合频谱图像进行多阶离散分数傅里叶变换即可得到加密图像。此外,本加密算法利用了复数的特点,以减少图像数据在压缩过程中的损失。原始图像进行了两次多阶离散分数傅里叶变换,且混沌序列在离散余弦变换域和多阶离散分数傅里叶变换域中对其相位信息进行了置乱。
　　 2、充分利用多图像加密算法,提出了基于多阶离散分数傅里叶变换和混沌置乱的单通道彩色图像加密算法。彩色图像中的每个像素由三种颜色分量合成而表示,且每种分量可以被视为一幅灰度图像。彩色图像的加密在YCbCr颜色空间中进行,相对与其他两个分量,人类的视觉对Y分量较敏感。在多阶离散分数傅里叶变换域中,混沌序列被用于置乱元素的位置。
　　 3、提出了基于多阶离散分数余弦变换的多图像及彩色图像加密算法,并在频谱切割算法中运用了率一失真控制技术,以平衡多图像加密算法中解密图像的质量。频谱切割过程中应用的是Zigzag扫描顺序,可以使得对低频分量的切割精确到每个系数。数字仿真结果验证了该加密算法的可行性、有效性以及抗裁剪攻击能力和抗噪声干扰能力。