【正文】 統(tǒng)一的嚴(yán)格的定義，這主要是由于混沌現(xiàn)象的復(fù)雜性，人們對混沌本身的種種性質(zhì)還沒有完全掌握好，而且，國內(nèi)外學(xué)者們對混沌不同學(xué)派往往會從不同的角度來理解和定義混沌。大部分傳統(tǒng)圖像加密算法都是依據(jù)位置置亂，如 Arnold 變換。為了節(jié)省存儲空間，每一個像素值必須在0~255 的范圍內(nèi)。 算法設(shè)計過程 (1)設(shè)置初始化密鑰 n1， n2， x1(1)， x2(2)， n1 是對整個圖像進(jìn)行 Arnold 變換的迭代次數(shù)， n2 是對各個分塊迭代次數(shù)，設(shè) x1(1)=， x2(2)= 為兩個隨機(jī)序列的初值，分形參數(shù) u=4。到第 l0 次 Arnold 變換后圖像的內(nèi)容已經(jīng)不具有任何原圖像的形狀或輪廓特征，視覺上呈現(xiàn)為雜亂無序的、類似于噪聲的分布，置亂效果非常良好，但是可以從圖中看到第 190 次的變換開始在逐漸接近原圖像，到第 192 次變換后，加密的圖像恢復(fù)為原圖，證明 Arnold 變換具有一定的周期性。 經(jīng)典 Arnold 變換的定義 Arnold Cat 變換是在遍歷理論研究中提出的一種變換，俗稱貓臉變換。39。 而按加密的對象來分，也可分為兩類：一類是直接對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加密；另一類則是對圖像數(shù)據(jù)編碼的輔助信息進(jìn)行加密。所謂空間位置置亂 ,就是通過某種方式打亂圖像像素的排列 ,使得原始圖像的內(nèi)容變得雜亂無章。數(shù)據(jù)量大使傳統(tǒng)的加密算法加密一幅圖像需花費(fèi)較長的時間 ， 而且數(shù)字圖像一般 以二維數(shù)組形式進(jìn)行存儲 ， 傳統(tǒng)加密算法在加密前得先將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)據(jù)流 ，這些都降低了加密的效率。密鑰安全性是系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數(shù)量級。這些離散點(diǎn)稱為像素（ pixel）。本文給出了這兩種加密技術(shù)的 原理 及理論分析，仿真 結(jié)果表明這 兩種加密技術(shù)都可以很好地使用于遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)?；煦缡且环N非線性動力學(xué)規(guī)律控制的行為，它對初始條件和系統(tǒng)參數(shù)的極端敏感性，白噪聲的統(tǒng)計特性和不可預(yù)測性等優(yōu)良特性，使得混沌具有天生的密碼學(xué)特性，所以，基于混沌的圖像加密技術(shù)在近些年發(fā)展很迅速。 (2)Shamir 在 1979 年提出的密鑰分存的概念 [4]，即把 密鑰 K 分解為 n 個子密鑰 ，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 2 并且滿足任意 k（ 1≤ k n）個子密鑰的結(jié)合才能恢復(fù)密鑰 K，而若少于 k 個子密鑰則不能獲得密鑰 K 的任何信息，也就是密碼學(xué)上稱之為門陷的技術(shù)。 數(shù)字圖像加密技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀 由于圖像處理和網(wǎng)絡(luò)通信的飛速發(fā)展，對在因特網(wǎng) 和無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時安全的圖像傳輸提出了巨大的要求。9 算法實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析 9 算法設(shè)計流程 9 算法設(shè)計過程 1 課題的研究內(nèi)容 由于涉及個人隱私問題，因此在醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行傳輸之前必須進(jìn)行加密處理。所以，許多基于混沌的圖像加密技術(shù)還在不斷出現(xiàn)，這對圖像加密技術(shù)的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 通過圖像加密技術(shù)操作后，原來的數(shù)字圖像變?yōu)轭愃朴谛诺离S機(jī)噪聲的信息，這些信息對不知道密鑰的網(wǎng)絡(luò)竊聽者是不可識別的 (除非進(jìn)行了有效破譯 )，進(jìn)而可以有效地保護(hù)傳輸中的圖像數(shù)據(jù)。 三、主要技術(shù)指標(biāo)（或研究方法） 在分析 各種圖像加密技術(shù)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，掌握對圖像進(jìn)行加密的方法，并提出三種適合遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)圖像傳輸?shù)募用芊椒ú⒕帉懗绦蝌炞C提出的方法的實(shí)用性和可行性 四、應(yīng)收集 的資料及參考文獻(xiàn) 收集有關(guān)圖像加密的碩士或博士學(xué)位論文和參考文獻(xiàn) 有關(guān)軟件開發(fā)工具 五、進(jìn)度計劃 第 1 周 —— 第 2 周 調(diào)研、收集材料，完成開題報告； 第 3 周 第 4 周 分析、確定方案 ； 第 5 周 第 11 周 方案詳細(xì)設(shè)計 ； 第 12 周 第 15 周 撰寫論文； 第 16 周 完善論文， 答辯。其中，早期的圖像加解密技術(shù)主要是基于像素位置變換的加解密技術(shù)和基于秘密分割與秘密共享的圖像加解密技術(shù)，但由于人們對安全性、加密速度以及其 它各個方面的要求，基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加解密技術(shù)和基于混沌的圖像加解密技術(shù)被提出。經(jīng)過仿真，可以看出，這種新方法可以避免原始方法的周期性，抗破譯性更強(qiáng)。然后提出了一種基于混沌的圖像加密技術(shù)，應(yīng)用 Logistic 映射系統(tǒng)構(gòu)造了混沌序列，將得到的混沌序列再與圖像序列進(jìn)行異或運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對圖像的加密。1 研究目的和意義 4 圖像加密方法分類 5 第 3 章 基于矩陣變換及像素置換的圖像加密技術(shù) 7 經(jīng)典的 ARNOLD 圖像置亂技術(shù) 11 混沌系統(tǒng)的基本理論 14 算法實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析 18 致 謝 19 II 附 錄 20 附錄 A 外文資料 28 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒 論 研究目的和意義 隨著 Inter 技術(shù)與多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體通信逐漸成為人們進(jìn)行信息交流的重要手段，人們可以通過網(wǎng)絡(luò)交流各種信息，進(jìn)行網(wǎng)上貿(mào)易等。 (1)在圖像加密中數(shù)字圖像置亂起著不可忽視的作用，它類似于對數(shù)字圖像的空間域進(jìn)行如經(jīng)典密碼學(xué)對一維信號的置換，或者修改數(shù)字圖像的變換域參數(shù)，使得修改后的圖像成為面目全非的雜亂圖像，從而保護(hù)了數(shù)字圖像 所要表達(dá)的真實(shí)內(nèi)容。 Naor 和 Shamir 進(jìn)一步提出了圖像秘密的任意分存方案，其含義 是將密圖上一個像素（黑或白）按任意指定的若干圖像的相應(yīng)像素的黑白進(jìn)行分存，所指定的圖像稱為參考圖像。所以，許多基于混沌的圖像加密技術(shù)還在不斷出現(xiàn)，這對圖像加密技術(shù)的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。一幅二維平面圖像可用一個二元函數(shù) ? ?,I f x y? 來表示。 數(shù)字圖像的特點(diǎn) 一般地，模擬圖像經(jīng)采樣離散后得到的數(shù)字圖像具有以下的特點(diǎn)： (1)圖像數(shù)據(jù)信息量很大。 (3)數(shù)字圖像中各個圖像不是獨(dú)立的，其相關(guān)性很大。具體實(shí)現(xiàn)流程圖如下圖 21 所示： 圖 21 一個加密、解密過程 圖像加密技術(shù)特點(diǎn) 與文本信息不同 ,圖像數(shù)據(jù)有著自己獨(dú) 特的性質(zhì) :如數(shù)據(jù)量大、冗余度高、像素間相關(guān)性強(qiáng)等 ,這使得在處理圖像數(shù)據(jù)時傳統(tǒng)的加密方法顯得效率不高、效果不理想。香農(nóng)在信息論中提到 ， 一個足夠安全的加密算法應(yīng)該滿足 E ( P / c) = E( P)， 其中 P 表加密 解密 發(fā)送方 接收方 加密密鑰 加密密鑰 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 5 示明文消息 ， c 表示密文消息。數(shù)字圖像置亂即是對數(shù)字圖像的一種加密方法，它使得合法使用者可以自由控制算法的選擇、參數(shù)的選擇以及使用隨機(jī)數(shù)技術(shù)，這就加大了攻擊者非法破譯的難度。 MATLAB 工具簡介 Matlab 是近幾年來國內(nèi)外使用最為廣泛的優(yōu)秀科技軟件之一，其語法結(jié)構(gòu)簡單，具有極強(qiáng)的數(shù)值計算、數(shù)據(jù)分析、圖形繪制及圖像處理等功能，具有高質(zhì)量的圖形可石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 6 視化效果和強(qiáng)大的界面設(shè)計能力，因而在數(shù)字圖像處理中有著其他語言無法比擬的優(yōu)勢。為了確保其機(jī)密性，算法中一般引入密鑰。 Arnold 變換。這樣，只要知道加密算法，按照密文空間的任意一個狀態(tài)來進(jìn)行迭石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 9 代，都會做有限步內(nèi)恢復(fù)出明文。因此在程序設(shè)計時用預(yù)處理函數(shù) fix()實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)取整。 算法設(shè)計流程 根據(jù)以上分析，得出加密流程圖如 框圖 33 所示： 圖 33 加密流程圖 設(shè)置密匙 構(gòu)造隨機(jī) 序列 對整個圖像 Arnold變換 分塊Arnold 變換 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 10 算法實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析 為了驗證改進(jìn)的 Arnold 算法在處理醫(yī)學(xué)圖片時的有效性，針對不同醫(yī)學(xué)圖像采用不同參數(shù)做了大量的實(shí)驗。從時域上看，混沌映射得到的序列類似于隨機(jī)序列，相關(guān)性較弱，具有很好的類白噪聲特性 ,因此可以用來產(chǎn)生偽隨機(jī)信號或偽隨機(jī)碼。 本文里采用的是物理學(xué)上的混沌定義，在物理學(xué)上人們并不嚴(yán)格采用數(shù)學(xué)上的定義，而給出了一個普適的依賴于現(xiàn)象的定義。這種對初始條件有敏感依賴性的動力學(xué)特性也稱為蝴蝶效應(yīng)?；煦邕^程可以由算法來定義，而隨機(jī)過程則不可以，這就是其重要差別。它雖然簡單，但是有著極其復(fù)雜的動力學(xué)行為，它的演化過程與 ? 有密切關(guān)系，當(dāng) 4???，系統(tǒng)工作于混沌狀態(tài) [12]。 解密實(shí)現(xiàn)及分析 當(dāng)所輸入的密鑰 m（ 1） = 時得到的解密后骨骼圖像如下圖 48 所示： (a)加密圖像 (b)解密圖像 圖 48 混沌解密 圖像效果圖 可以看出能采用密匙解密的方法，可以安全正確的恢復(fù)原圖像信息，為了檢測本算法的安全性，僅僅檢測一下它對初始條件的敏感性。本文主要對混沌定義和系統(tǒng)特點(diǎn)做了簡要闡述，同時給出了 Logistic 映射的定義，利用 matlab 軟件，給出了一幅醫(yī)學(xué)圖像的加密解密的仿真效果圖，同時還給出了當(dāng)密鑰誤解密時的效果圖，試驗結(jié)果證明：該算法具有較高的效率和安全性。 感謝我宿舍的舍友們在做論文的過程中給我的建議和幫助。 (5)to give an overview of the ponents contained in a typic 叭generalpurpose image processing system。 and processing of image data for storage, transmission, and representation for autonomous machine perception. This chapter has several objectives: (1)to define the scope ofthe field that we call image processing。鄭 老師 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，深厚的知識積淀，使我受益匪淺。 圖像加密技術(shù)作為保障網(wǎng)絡(luò)傳輸安全的一種手段，吸引了廣大學(xué)者的廣泛關(guān)注，本文在圖像加密技術(shù)主要做了如下幾方面工作： Arnold 變換技術(shù)的定義、特點(diǎn)，同時對其進(jìn)行了加密解密的仿真實(shí)驗，通過效果圖總結(jié)出這種經(jīng)典變換存在的缺點(diǎn)和不足。 整個加密過程的框 圖 45 如下： 圖 45 混沌加密算法框 圖 選擇一幅醫(yī)用骨頭圖像作為仿真圖像，首先讀入初始圖像，經(jīng)過圖像預(yù)處理后，將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) 256*256 的圖像，然后輸入 Logistic 混沌映射序列的初始值 m（ 1）=，取分形參數(shù) ? =4，按照 Logistic 混沌序列的 迭代方法便可產(chǎn)生混沌序列。 混沌系統(tǒng)與數(shù)字圖像 在數(shù)字圖像加密技術(shù)中，引入混沌映射模型產(chǎn)生的混沌序列可以帶來以下的優(yōu)點(diǎn)：第一，混沌序列的產(chǎn)生極為方便，只需給出一個參數(shù) u 和初值 s，便可產(chǎn)生數(shù)量眾多的混沌序列，可用于需要大量圖像加密的場合；第二，混沌序列是一個類似隨機(jī)的過程，而且從混沌序列的值很難推出原始的參數(shù)和初值，因此具有較好的保密性；第三，混沌序列具有良好的相關(guān)特性。此時?；煦缇哂蟹侵芷谛?，這表明它具有寬的頻帶和類噪聲的特點(diǎn)，基于此，正好用其掩蓋所傳送的通信信息，使這些信息看起來像是寬帶的噪聲一樣，難于提取。實(shí)質(zhì)上，混沌是直接研究我們看得見摸得 著的宇宙，以及在與人類本身的尺度大小差不多的對象中發(fā)生的過程。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 11 第 4 章 基于混沌的圖像加密技術(shù) 混沌系統(tǒng)的基本理論 傳統(tǒng)的加密算法，如 DES 和 IDESA，它們都不適合對圖像進(jìn)行加密，因為圖像的信息量很大。對于圖像的灰度值來說，每一個像素點(diǎn)的灰度值是一個范圍在 0~255 內(nèi)的整數(shù)，但是得到的混沌序列值很可能超過這個范圍，有的甚至為負(fù)值。由于偽隨機(jī)序列的這種類隨機(jī)噪聲特性，使得攻擊者在不知道加密初值和本原多項式的時候很難破解加密圖像。 ? ?, 0 ,1, 2 , , 1x y N??石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文 8 經(jīng)