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随着大数据时代的飞速发展，数字图像在互联网上的应用和传输已经比过去普遍得多。因此，图像的加密和压缩技术对公共网络上的实时传输和存储至关重要，具体分为两个阶段，第一阶段防止信息泄漏，第二阶段减少信息数据量。传统的分组密码DES、AES最初是为加密文本数据而设计的，并且被发现不适合于具有高像素相关性和冗余特征的数字图像加密。现今，研究人员已经注意到混沌系统的基本特征具有较为理想的密码属性，可以作用于图像置乱过程和扩散过程，从而使图像获得良好的安全性。但是，这些加密结果不适合进一步压缩处理，这是因为加密过程中已消除了明文的冗余性，所以对应的密文也不能被压缩。因此，设计一种有效的图像压缩结合加密的算法成为该领域目前研究的重点。本文的主要工作概括如下：
1.介绍了课题的研究背景，包含了传统图像混沌加密的两个主要阶段及压缩感知理论、JPEG2000编码体系和SPIHT编码理论。接着阐述了课题的创新点。描述了混沌系统的基本特征和图像加密的基本结构。随后，简单总结了现今基于压缩感知的图像混沌加密、基于JPEG2000的图像加密和基于SPIHT的图像加密这三个方面的研究现状。最后，概括了这三个方面仍存在的问题并给出了改善方式。
2.基于压缩感知理论，提出了一种新的图像压缩加密方案。将小波变换作用于原始图像分解为低频分量和高频分量。结合蔡氏电路、Logistic映射和基于LBP算子理论的阈值处理生成掩模来扩散低频分量。另外，利用Lissajous映射生成渐近确定性随机序列，在不同压缩比下生成测量矩阵CADRMM，分别测量高频分量。将处理后的各分量进行置乱。由于保留了低频分量，只压缩了高频分量，使得该系统的鲁棒性得到了显著提高，实验结果表明，即使在较强的裁剪和噪声攻击下，它仍然具有良好的鲁棒性。同时，性能分析表明，该方案具有密钥空间大、密钥灵敏度高、直方图分布相似、相关系数弱等特点。
3.提出了一种改进的面向码流的JPEG2000图像加密算法。在原有算法的基础上为了提高性能，采用斜帐篷映射对所有0xFFs后一位字节进行加密。分别对低4位进行扩散，将高4位看作一个整体，并在这些字节之间进行置乱。通过这种方法，消除了原有算法的安全漏洞。实验结果表明，加密后的包体数据量平均增加了0.3746%，加密结果对密钥高度敏感，密钥空间足够大，能够抵御暴力攻击。通过引入该加密方案，确保了包体数据的码流匹配性，保证能正确解码。
4.提出了一种医学图像的嵌入加密的压缩算法。根据医学图像的特点，利用OTSU图像分割技术将医学图像分为ROI和RONI两个区域，对不同区域进行SPIHT编码，并用不同的加密方案对比特位进行加密。该操作可以提高单个图像加密的多样性，从而提高安全性。在加密过程中应用的混沌系统是2D-LSCM。在对ROI区域进行加密的过程中，采用了一种新的自适应比特流加密算法，使前后位置的比特相互影响，从而获得自适应性。通过一系列的仿真和测试，证明了该嵌入加密的压缩算法具有良好的明文关联性和较高的密钥敏感度，同时该方法可以有效地抵抗常见的密码攻击。该算法为保障医学图像的压缩性能和安全性提供了一种可靠的解决方案。
1.介绍了课题的研究背景，包含了传统图像混沌加密的两个主要阶段及压缩感知理论、JPEG2000编码体系和SPIHT编码理论。接着阐述了课题的创新点。描述了混沌系统的基本特征和图像加密的基本结构。随后，简单总结了现今基于压缩感知的图像混沌加密、基于JPEG2000的图像加密和基于SPIHT的图像加密这三个方面的研究现状。最后，概括了这三个方面仍存在的问题并给出了改善方式。
2.基于压缩感知理论，提出了一种新的图像压缩加密方案。将小波变换作用于原始图像分解为低频分量和高频分量。结合蔡氏电路、Logistic映射和基于LBP算子理论的阈值处理生成掩模来扩散低频分量。另外，利用Lissajous映射生成渐近确定性随机序列，在不同压缩比下生成测量矩阵CADRMM，分别测量高频分量。将处理后的各分量进行置乱。由于保留了低频分量，只压缩了高频分量，使得该系统的鲁棒性得到了显著提高，实验结果表明，即使在较强的裁剪和噪声攻击下，它仍然具有良好的鲁棒性。同时，性能分析表明，该方案具有密钥空间大、密钥灵敏度高、直方图分布相似、相关系数弱等特点。
3.提出了一种改进的面向码流的JPEG2000图像加密算法。在原有算法的基础上为了提高性能，采用斜帐篷映射对所有0xFFs后一位字节进行加密。分别对低4位进行扩散，将高4位看作一个整体，并在这些字节之间进行置乱。通过这种方法，消除了原有算法的安全漏洞。实验结果表明，加密后的包体数据量平均增加了0.3746%，加密结果对密钥高度敏感，密钥空间足够大，能够抵御暴力攻击。通过引入该加密方案，确保了包体数据的码流匹配性，保证能正确解码。
4.提出了一种医学图像的嵌入加密的压缩算法。根据医学图像的特点，利用OTSU图像分割技术将医学图像分为ROI和RONI两个区域，对不同区域进行SPIHT编码，并用不同的加密方案对比特位进行加密。该操作可以提高单个图像加密的多样性，从而提高安全性。在加密过程中应用的混沌系统是2D-LSCM。在对ROI区域进行加密的过程中，采用了一种新的自适应比特流加密算法，使前后位置的比特相互影响，从而获得自适应性。通过一系列的仿真和测试，证明了该嵌入加密的压缩算法具有良好的明文关联性和较高的密钥敏感度，同时该方法可以有效地抵抗常见的密码攻击。该算法为保障医学图像的压缩性能和安全性提供了一种可靠的解决方案。