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深度学习压缩重构的通用图像快速加密算法

计算机辅助设计与图形学学报 2022年第6期34卷 913-922页

作者：郭媛姜津霖陈炜王学文王充齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院齐齐哈尔161006

针对图像压缩加密耗时长、解密图像色彩失真等问题,提出一种快速安全的通用图像加密算法.压缩网络利用双线性插值和全连接层进行压缩预处理,防止彩色信息丢失,卷积层用于提高压缩率、降低算法时间复杂度.加密部分设计选择置乱方式,混沌... 详细信息

针对图像压缩加密耗时长、解密图像色彩失真等问题,提出一种快速安全的通用图像加密算法.压缩网络利用双线性插值和全连接层进行压缩预处理,防止彩色信息丢失,卷积层用于提高压缩率、降低算法时间复杂度.加密部分设计选择置乱方式,混沌序列对像素块与块内像素点进行动态选择置乱,结合异或操作进行像素扩散,提高算法随机性.改进双线性插值卷积神经网络,利用双线性与卷积层得到图像轮廓特征,用全连接层获取颜色信息进行图像重构.算法可实现对灰度图和RGB格式彩色图像的压缩、加解密和还原一体化.实验结果表明,所提算法各种加密指标接近理想数值,拥有良好的加密安全性和抗攻击能力,加密时间大幅缩短.在图像处理常用的500幅测试集(BSD500)上,采样率为0.25,0.10,0.04和0.01的峰值信噪比分别可达29.01 dB,25.69 dB,23.75 dB和21.45 dB,优于FCLBCNN,有效地解决了重构图像色彩失真问题,具有更好的加密效果和更广的适用性.

关键词：图像加密深度学习压缩重构颜色失真

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局部噪声斑块InSAR干涉图相位解缠算法

光子学报 2018年第12期47卷 92-99页

作者：郭媛杜松英齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对干涉合成孔径雷达干涉图由于局部噪声、阴影或条纹断裂等原因导致残差点集中、产生不可靠数据点噪声斑块,从而引起相位解缠困难的情况,提出基于掩膜滤波的质量图引导权值的四向加权最小二乘相位解缠迭代算法.首先对噪声斑块区域进... 详细信息

针对干涉合成孔径雷达干涉图由于局部噪声、阴影或条纹断裂等原因导致残差点集中、产生不可靠数据点噪声斑块,从而引起相位解缠困难的情况,提出基于掩膜滤波的质量图引导权值的四向加权最小二乘相位解缠迭代算法.首先对噪声斑块区域进行掩膜滤波处理,有效保留该区域真实相位信息,防止大误差传播.再结合最大相位梯度和相位导数变化的质量图法来定义权值,构造新的四项最小二乘迭代法,并用其对掩膜区域进行填充,抑制误差传递、提高运算速度、改善过度平滑作用.模拟及真实数据实验表明,该方法解缠精度高,能真实还原干涉合成孔径雷达干涉图局部噪声斑块的原始相位.与传统最小二乘法相比,其差分方程矩阵带宽变大,填充效果更好,迭代次数更少,精确度更高,解决了因噪声集中导致干涉合成孔径雷达图像解缠难度大的问题.

关键词：光学测量相位解缠干涉条纹局部噪声质量图迭代

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保证公平的最大化OFDMA系统容量策略

控制与决策 2020年第5期35卷 1175-1182页

作者：孙明曹伟李大辉马志晟齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对正交频分多址系统中容量与公平之间的矛盾,提出在子载波分配中兼顾公平、在功率分配中保证公平度门限的最大化系统容量策略.该策略首先将现有子载波方法与匈牙利算法结合,在优先最大化系统容量的基础上兼顾公平;然后利用基于公平度... 详细信息

针对正交频分多址系统中容量与公平之间的矛盾,提出在子载波分配中兼顾公平、在功率分配中保证公平度门限的最大化系统容量策略.该策略首先将现有子载波方法与匈牙利算法结合,在优先最大化系统容量的基础上兼顾公平;然后利用基于公平度门限的人工蜂群功率分配算法,在优先保证公平度门限的基础上最大化系统容量.实验结果表明:该策略的子载波分配方法能够最大化系统容量并兼顾用户的公平,可实现系统容量和用户公平度的同时提升;该策略的人工蜂群功率分配方法具有较好的稳健性和全局寻优能力,即使在用户数较大时也能够实现所要求的公平度门限并最大化系统容量.研究结果验证了所提出策略的有效性.

关键词：资源分配匈牙利算法人工蜂群容量公平

改进Zigzag遍历与哈希的Lorenz混沌构建

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光学精密工程 2021年第2期29卷 411-419页

作者：郭媛王充齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对常见的基于混沌系统构造测量矩阵用于加密的算法,只是采用简单的混沌初始值进行迭代,为了使明密文信息相关联程度更加紧密,具备抗选择明密文攻击的能力。本文提出一种利用明文信息确定zigzag初始位置,通过与原始图像像素形成关联,... 详细信息

针对常见的基于混沌系统构造测量矩阵用于加密的算法,只是采用简单的混沌初始值进行迭代,为了使明密文信息相关联程度更加紧密,具备抗选择明密文攻击的能力。本文提出一种利用明文信息确定zigzag初始位置,通过与原始图像像素形成关联,极大地提高了明文的敏感性。另外,采用安全哈希算法SHA-512,产生与明文相关联的哈希值,用来构造系统的初始值,通过混沌系统来构造压缩感知中的测量矩阵,极大地减少了由于需要存储测量矩阵而造成的空间资源和传输成本。在信息熵,密文敏感性和相关系数等特性方面进行可视化分析。实现结果表明,密文图像的信息熵为7.9986,更接近于8,相关系数接近于0。能够实现灰度图像的安全性加密,抵抗明密文攻击,具有一定的鲁棒性,对于灰色图像加密具有较强的实用性。

关键词： Zigzag遍历哈希函数混沌映射压缩感知图像加密

基于数据报重组与光学干涉的密文多图像可逆信息隐藏

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光子学报 2021年第12期50卷 244-256页

作者：郭媛王学文王充姜津霖齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对现有可逆信息隐藏嵌入率低,无法一次隐藏多张不同图像问题,提出一种密文域光学多图像可逆信息隐藏方法。将多张不同类型、不同大小图像进行数据报重组得到重组多图像,无需提供任何信息可在一定噪声下重构多图像。载体图像经非对称... 详细信息

针对现有可逆信息隐藏嵌入率低,无法一次隐藏多张不同图像问题,提出一种密文域光学多图像可逆信息隐藏方法。将多张不同类型、不同大小图像进行数据报重组得到重组多图像,无需提供任何信息可在一定噪声下重构多图像。载体图像经非对称双随机相位编码得到加密图像,再将重组多图像光强缩小1000倍,与加密图像级联干涉得到载密图像,利用级联矢量分解可从载密图像中无损还原重组多图像和加密图像。载密图像可用解密密钥进行解密,也可用隐藏密钥无损还原重组多图像,当同时具有解密密钥与隐藏密钥时可无损还原载体图像,实现完全可逆、可分离。实验表明,当嵌入率为128比特/像素时,载密图像峰值信噪比大于32 dB,且可无损还原隐藏图像与载体。在1/2剪切或0.2的各种噪声下,各还原图像峰值信噪均大于11 dB,具有鲁棒性。3 s内可实现32比特/像素的嵌入、还原和解密,具有高效性。

关键词：密文可逆信息隐藏数据报重组光学干涉矢量分解多图像

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基于聚类和探测精英引导的蜻蜓算法

浙江大学学报（工学版） 2022年第5期56卷 977-986页

作者：杜晓昕王浩崔连和罗金琦刘岩张剑飞王一萍齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对蜻蜓算法(DA)收敛速度慢、收敛精度低、全局搜索能力差等不足,提出新的蜻蜓优化算法.利用tent混沌初始化种群并对种群进行K-Means++聚类,根据聚类的结果分别对种群个体进行反向学习和高斯变异以增强种群的多样性,提高搜索效率.引入... 详细信息

针对蜻蜓算法(DA)收敛速度慢、收敛精度低、全局搜索能力差等不足,提出新的蜻蜓优化算法.利用tent混沌初始化种群并对种群进行K-Means++聚类,根据聚类的结果分别对种群个体进行反向学习和高斯变异以增强种群的多样性,提高搜索效率.引入非线性自适应因子加快收敛速度,使用探测精英引导策略增强算法跳出局部收敛的能力.引入平方散列探测增加收敛精度.将该优化算法应用于8个典型复杂函数优化问题,并与原蜻蜓算法,以及其他仿生计算算法对比,实验结果表明该改进算法具有良好的全局收敛性和寻优精度.

关键词：蜻蜓算法聚类探测精英引导策略平方散列探测 tent混沌

离散时变多智能体系统有限时间一致性迭代学习控制

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控制与决策 2019年第4期34卷 891-896页

作者：曹伟孙明齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对一类离散时变多智能体系统,通过引入虚拟领导者产生期望轨迹的方法,将虚拟领导者和所有智能体组成固定的拓扑结构,在此基础上,提出一种离散时间迭代学习控制算法.该算法对多智能体系统中的每个智能体都设计一个控制器,各控制器都是... 详细信息

针对一类离散时变多智能体系统,通过引入虚拟领导者产生期望轨迹的方法,将虚拟领导者和所有智能体组成固定的拓扑结构,在此基础上,提出一种离散时间迭代学习控制算法.该算法对多智能体系统中的每个智能体都设计一个控制器,各控制器都是利用上一次迭代时,该智能体与虚拟领导者之间的跟踪误差和该智能体与相邻智能体之间的跟踪误差,通过拓扑结构中通信权值的组合不断修正上一次的控制律,从而获得理想控制律.同时,基于范数理论严格证明所提出算法的收敛性,并给出算法在λ-范数意义下的收敛条件.该算法能够使离散时变多智能体的输出随着迭代次数的增加在有限时间区间内完全跟踪期望轨迹.理论分析和仿真结果都表明了所提出算法的有效性.

关键词：多智能体系统虚拟领导者迭代学习控制有限时间输出跟踪一致性

一种相位截断傅里叶变换非对称光学压缩加密系统

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光子学报 2022年第6期51卷 350-361页

作者：郭媛吴兰兰敬世伟齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

基本相位截断傅里叶变换系统面对两步傅里叶迭代等攻击算法时,防御能力差极易被攻破,且加密时间长,密文密钥体积大,不便于分发与传输。提出将压缩感知与相位截断傅里叶变换光学非对称加密相结合,明文经离散小波变换分为低频信息和高频信... 详细信息

基本相位截断傅里叶变换系统面对两步傅里叶迭代等攻击算法时,防御能力差极易被攻破,且加密时间长,密文密钥体积大,不便于分发与传输。提出将压缩感知与相位截断傅里叶变换光学非对称加密相结合,明文经离散小波变换分为低频信息和高频信息,利用压缩感知对高频信息压缩2/3,将其转化为低频信息的相位信息,共同构造大小为原明文图像1/4的待加密复图像。在第一块相位调制模板后增加一块振幅模板,采用设定阈值振幅截断方式,将部分振幅信息作为新私钥,相位角作为密文,实现加解密密钥完全不同,且一图一密。系统安全性能实验、攻击实验和对比实验表明,该加密系统可有效抵御各种攻击,鲁棒性高、传输量小、加密耗时短、解密图像重构质量好,整体性能优良。

关键词：相位截断傅里叶变换抗攻击性非对称光学图像加密压缩感知离散小波变换

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基于角度修正迭代学习的离散时变系统故障诊断

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控制理论与应用 2012年第11期29卷 1495-1500页

作者：曹伟孙明齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对一类非线性离散时变系统的故障诊断问题,提出了一种新的故障检测与估计算法.该算法在选取的优化时域内,利用残差信号通过迭代学习方法调整引入的虚拟故障,并利用实际输出和故障跟踪估计器输出向量空间的角度关系,来修正虚拟故障的... 详细信息

针对一类非线性离散时变系统的故障诊断问题,提出了一种新的故障检测与估计算法.该算法在选取的优化时域内,利用残差信号通过迭代学习方法调整引入的虚拟故障,并利用实际输出和故障跟踪估计器输出向量空间的角度关系,来修正虚拟故障的迭代学习律,以此来加快算法的收敛速度.该算法不仅能够实现不同类型故障信号的检测与估计,而且还充分利用了估计器输出信号中的新信息,使得算法的收敛速度得到明显提高.最后仿真结果验证了该方法的有效性.

关键词：离散时变系统迭代学习角度修正故障估计