随着网络通信技术和数字医学技术的快速发展,远程医疗步入人们的生活,其解决了足不出户便可寻诊就医的问题,受到人们的高度关注。然而,医学图像常常涉及患者隐私以及敏感信息,在公共网络传输存储中,存在被窃取、交易和篡改等不安全的问题。所以,保护医学图像信息安全就显得尤为重要。此外,大尺寸、大批量的医学图像传输降低传输效率。因此,如何确保医学图像信息安全和高效率的传输,已经成为众多学者研究的课题,而图像加密是一种保护图像信息安全的有效技术,设计出安全高效的图像加密算法,用于医学图像信息的保护,具有非常高的研究价值及意义。医学图像具有强相邻像素相关性、高冗余度和大数据量等特点,传统的加密方法,如数据加密标准(DES)、高级加密标准(AES)等是针对文本信息设计,不适合对医学图像加密。混沌理论的发展为医学图像加密提供了启示,混沌是一种非线性系统,具有复杂的伪随机性。基于忆阻混沌系统具有对初始值和控制参数高度敏感的特性,其产生的序列随机性高,不可预测。同时,采用忆阻混沌系统设计的密码系统易于实现,图像加密速度优于传统加密方法,非常适合于对大数据量的医学图像加密。根据明文图像与得到密文图像尺寸关系,图像加密分为完全加密和压缩加密,若明文图像与获得的密文图像尺寸相同,属于完全加密;若明文图像尺寸比获得的密文图像大,属于压缩加密。本文在混沌图像加密的置乱-扩散框架下,进行学习和研究,主要研究内容如下:(1)提出一种基于拉丁方阵置乱和双向扩散的医学图像加密算法。首先,由混沌序列的索引序列生成拉丁方阵,然后通过拉丁方阵和明文信息对明文像素进行置乱,接着将置乱矩阵进行顺时针旋转,最后对其进行双向扩散,获得杂乱无章的密文图像。由于忆阻混沌系统初始值的产生与明文信息高度相关,使得提出的加密算法具有抵抗已知明文和选择明文攻击的能力。仿真结果和安全性分析验证了加密算法的可行性和有效性。(2)提出一种基于3D正交拉丁方的医学图像加密算法,该算法包括预处理-置乱-扩散三个阶段。首先,由4D忆阻混沌系统产生随机数,并嵌入到明文图像中,接着进行AXM(Alphabetic xor method)操作,得到预处理后的明文图像。然后,由混沌序列产生索引序列,并通过索引序列和控制参数生成3D正交拉丁方。接着,将预处理后的明文图像转化为3D位矩阵,利用3D正交拉丁方直接对其进行置乱和扩散操作,得到最终的密文图像。仿真结果和安全性分析证明了加密算法的安全性和鲁棒性。(3)提出一种基于生命游戏置乱和压缩感知的医学图像加密算法,采用置乱-压缩-扩散的加密过程。首先,将明文图像进行离散小波变换(DWT),得到稀疏系数矩阵,接着采用GSMHDP(Game-of-life-based scrambling method highly dependent on plaintext),对稀疏矩阵进行置乱,然后对置乱矩阵进行测量和量化处理,最后进行扩散操作,获得类噪声的密文图像。其中,通过5D忆阻混沌系统得到混沌序列,用于上述的三个加密过程。仿真结果和性能分析表明了加密算法具有一定的安全性和压缩性。