專利名稱：：具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及密鑰共享及圖像防偽領(lǐng)域，尤其涉及一種具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法。
背景技術(shù)：
：密碼系統(tǒng)的安全性依賴于其解密密鑰的安全保管，因此密鑰管理是密碼學(xué)的核心問題之一，完善的密鑰管理機制是系統(tǒng)安全性的重要因素?；诿荑€共享理論的密鑰分存管理機制實現(xiàn)了密鑰的分別存放，而部分擁有者掌握的密鑰丟失不影響密鑰的恢復(fù)和系統(tǒng)的安全性。從而提高了密鑰管理系統(tǒng)的安全性與實用性。但傳統(tǒng)的密鑰共享方案恢復(fù)密鑰的過程紛繁復(fù)雜，耗時長，導(dǎo)致實用性低。1994年，Naor和Shamir于歐洲密碼學(xué)年會上首先提出了可視分存方案(VisualSecretSharingScheme,VSSS)，它是密鑰共享理論與技術(shù)的延伸，可以解決上述問題。該技術(shù)是把明文對應(yīng)于圖像的像素值分存隱藏于其它圖像中，而在解密的過程是利用人類視覺對比的能力，從幾張重疊的投影片中判斷并辨識出正確的明文，它提供了一種全新的密鑰管理方法，達(dá)到了Shannon提出的完全保密的要求。在可視分存方案中，像素膨脹和對照度是衡量可視分存方案好壞的最重要的參數(shù)。像素膨脹越小，分享者需要攜帶的分存空間就越??；對照度越高，分享者恢復(fù)出來的圖像就越清晰可見。2004年，DuongQuangViet和KaoruKurosawa首次在可視分存方案中引入反色技術(shù)，使得可視分存方案的對照度得到優(yōu)化。實際生活中，利用復(fù)制設(shè)備就可以實現(xiàn)反色復(fù)制功能。近幾年來反色技術(shù)得到發(fā)展，但對照度得到優(yōu)化的同時，帶來的弊端是像素膨脹過大。日常生活中的反色復(fù)制設(shè)備可以提供反色復(fù)制的功能，就是可以將白色復(fù)制成黑色，黑色復(fù)制成白色。利用邏輯運算式&@&=C^((Oid&)),(Oi(^,&)))，利用反色復(fù)制設(shè)備可以實現(xiàn)兩張圖片的對位邏輯異或運算，運算式中SpS2表示兩張圖片，0R表示邏輯或運算，即疊加操作，^表示對圖像S進(jìn)行反色復(fù)制操作。利用現(xiàn)有技術(shù)的可視分存方案具有對照度弱、像素膨脹大的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，包括以下步驟Sl，利用基本矩陣構(gòu)造基本矩陣集合選取一個黑白圖像的(k，n)全黑的可視分存方案的矩陣作為nXm基本矩陣B。、Bp設(shè)符號C。、Q為基本矩陣B。、B工對應(yīng)的基本矩陣集合；符號C(1)，…，c(g)表示g個基本矩陣集合，構(gòu)造基本矩陣集合c(q)的方式如下CW^o。。S。。4。:。&'其中S。GC。，S工GC"q=1，…，g，基本矩陣為nX(mX(g-l))，記m'=mX(g-l);k表示解密灰度圖像S所需要的最少分享者人數(shù)，n表3示分享者的總?cè)藬?shù)；S2，利用所述基本矩陣集合對灰度圖像S進(jìn)行加密；S3，利用反色復(fù)制的方法對灰度圖像S進(jìn)行解密，得到圖片P。其中，所述步驟S2具體包括以下步驟以如下方式逐點加密灰度圖像S中的像素點，S21，設(shè)像素點為q級灰度像素點，任取矩陣BGC(q)，將矩陣B的第i行記為(、A,2…bi,m,)，i=1，…，n;對(bi》i,2…bi,m,)進(jìn)行Hi次采樣，得到的采樣結(jié)果共Hi個，分別記為(bi,工bi,m+廣.bi,邁(g—2)+1)，，(bi,邁bi,m+m…bi,邁(g—2)+邁)；將采樣結(jié)果(h,^,m+j…,m(g—2)+j)，j=1，…，m作為第j輪加密該像素點得到的秘密子像素塊；逐點加密完整個灰度圖像S后，將這些子像素塊組合得到分存圖片ti,j，i=1，…，n，j二l，…，m;S22，將分存圖片ti,j分發(fā)給第i個分享者，作為其第j輪得到的分存圖片，這樣每個分享者均擁有了m個分存圖片，并標(biāo)識有序號。其中，所述步驟S3具體包括以下步驟S31，若分享者丄，…，Jk來重構(gòu)圖像P，U,…,J'Jc夂…,W，對每一輪帶有序號的k個分存圖進(jìn)行布爾或運算，得到m個圖片L=。w+…+；S32:對m個圖片分別執(zhí)行布爾反運算得到圖片^，j=1，…，m;S33:對圖片5，…，^執(zhí)行布爾或運算得到圖片U=5+…+亍;;；S34:對圖片U執(zhí)行布爾反運算得到圖片P:JP=5=f++f。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點利用了反色復(fù)制的方法，并通過構(gòu)造特殊的基本矩陣和輔助矩陣通過若干邏輯運算得到重構(gòu)了秘密圖像中的像素點的取值，實現(xiàn)了重構(gòu)得到的圖像對照度達(dá)到最優(yōu)、像素膨脹達(dá)到最小。圖1是本發(fā)明實施例的方法流程圖；圖2示出了本發(fā)明實施例的方法中使用的秘密圖像圖3示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過加密過程存圖片tu，tu，tu;圖4示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過加密過程存圖片t^，t2,2，t2,3;圖5示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過加密過程存圖片tw，t3,2，t3,3;圖6示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過解密過程者重構(gòu)得到秘密圖片P;圖7示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過解密過程者重構(gòu)得到秘密圖片P;圖8示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過解密過程者重構(gòu)得到秘密圖片P;圖9示出了利用普通灰度可視分存方案的重構(gòu)結(jié)果S;，第一個分享者得到的三個分，第二個分享者得到的三個分，第三個分享者得到的三個分，第一個分享者與第二個分享，第一個分享者與第三個分享，第三個分享者與第二個分享具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。分享者1、2、3分享包含秘密信息的3級灰度圖像S，應(yīng)用本發(fā)明的方法可實現(xiàn)任意兩個人重構(gòu)灰度圖像S。圖像S為320X160灰度圖像如圖2所示。如圖l所示，依據(jù)本發(fā)明實施例的方法包括以下步驟第一，基本矩陣集合的構(gòu)造—110步驟l:選擇一個黑白圖像的(2，3)全黑可視分存方案的基本矩陣A-110110110Oil101矩陣為3X3矩陣，設(shè)符號C。、Q基本矩陣B。、B工對應(yīng)的矩陣集合，C0=110110110—101——01l丁101,Oil101Oilc1="IIO'—oir011101，101110101110Oil步驟2:設(shè)符號C(i)C(3)表示本(2，3)灰度可視分存方案的3個基本矩陣集合，如下構(gòu)造該3個基本矩陣集合C(1)S工Gd、(2)S0oS!，C(3)S。oS。，C基本矩陣為3X6矩陣，記m'=6。第二，利用基本矩陣集合的加密過程(或稱分發(fā)過程)逐點加密灰度圖像S中的像素點，不妨取像素點為1級灰度像素點。110Oil110Oil110OilS丄oS"其中S0GC0任選矩陣BGC(1)，例如取^取矩陣B的第l行(110011)，3次采樣得到(10)、(11)、(Ol)，分別分發(fā)給第l個分享者，作為第1、2、3輪到分存圖片中加密該灰度像素點的子像素塊。記^,1=(10)，、=(11)，=(01)。取矩陣B的第2行(110011)，3次采樣得到(10)、(11)、(01)，分別分發(fā)給第2個分享者，作為第1、2、3輪到分存圖片中加密該灰度像素點的子像素塊。記^,1=(10)，t2,2=(11)，t2,3=(01)。取矩陣B的第3行(110011)，3次采樣得到(10)、(11)、(01)，分別分發(fā)給第3個分享者，作為第1、2、3輪到分存圖片中加密該灰度像素點的子像素塊。記^,1=(10)，t3,2=(11)，t3,3=(01)。第三，解密過程(或稱為重構(gòu)過程)重構(gòu)前面敘述的1級灰度像素點。步驟l:若分享者1、2來重構(gòu)秘密圖像P。對每一輪帶有序號的2個分存圖進(jìn)行疊加操作(布爾0R運算)，得到3個圖片L=tu+t^=(10)，T2=tu+t^=(11)，T3=5<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>步驟2:對步驟1中得到的3個圖片分別執(zhí)行反操作(布爾NOT運算)得到圖片亍T=(01)，^=(00)，^=(10)。步驟3:對圖片^，^，^執(zhí)行疊加操作得到圖片U=^+^+^=(11)。步驟4:對圖片U執(zhí)行布爾反操作(布爾NOT運算)得到圖片P=(00)。因此可以看出，重構(gòu)后該像素點在重構(gòu)圖片中顯示為全白，達(dá)到精確重構(gòu)。同時像素膨脹為2，具有較小的像素膨脹。圖38示出了利用本發(fā)明的圖像可視分存方法進(jìn)行圖像重構(gòu)的效果圖。圖9示出了利用普通灰度可視分存方案的重構(gòu)結(jié)果。下面給出現(xiàn)有技術(shù)的普通灰度可視方案與本發(fā)明的圖像可視分存方法的進(jìn)行圖像解密得到的指標(biāo)比較表，如表1所示表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中，對照度-;-；遠(yuǎn)小于1/g-l;像素膨脹(g-l)遠(yuǎn)小于!11*(g-1);灰度可視分存方案中的最小像素膨脹為(g-l)，本發(fā)明達(dá)到了這一效果。由以上實施例可以看出，本發(fā)明的實施例利用了反色復(fù)制的方法，并通過構(gòu)造特殊的基本矩陣通過若干邏輯運算得到重構(gòu)了秘密圖像中的像素點的取值，使重構(gòu)得到的圖像對照度達(dá)到最優(yōu)、像素膨脹達(dá)到最小。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求一種具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，其特征在于，包括以下步驟S1，利用基本矩陣構(gòu)造基本矩陣集合選取一個黑白圖像的(k，n)全黑的可視分存方案的矩陣作為n×m基本矩陣B0、B1，設(shè)符號C0、C1為基本矩陣B0、B1對應(yīng)的基本矩陣集合；符號C(1)，…，C(g)表示g個基本矩陣集合，構(gòu)造基本矩陣集合C(q)的方式如下其中S0∈C0，S1∈C1，q＝1，…，g，基本矩陣為n×(m×(g-1))，記m′＝m×(g-1)；k表示解密灰度圖像S所需要的最少分享者人數(shù)，n表示分享者的總?cè)藬?shù)；S2，利用所述基本矩陣集合對灰度圖像S進(jìn)行加密；S3，利用反色復(fù)制的方法對灰度圖像S進(jìn)行解密，得到圖片P。F2009102423086C00011.tif2.如權(quán)利要求1所述的具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下步驟以如下方式逐點加密灰度圖像S中的像素點，S21，設(shè)像素點為q級灰度像素點，任取矩陣BGC(q)，將矩陣B的第i行記為(bi,A,2…)，i=1，…，n;對(bi》i,2…bi,m,)進(jìn)行m次采樣，得到的采樣結(jié)果共m個，分別記為(bi,lbi,m+1...bi,m(g—2)+1)，，(bi,邁bi,m+邁…bi,m(g—2)+m);將米樣結(jié)果(bi,jbi,邁+j…bi,m(g—2)+j)，j=1，…，m作為第j輪加密該像素點得到的秘密子像素塊；逐點加密完整個灰度圖像S后，將這些子像素塊組合得到分存圖片ti,j,i=1，…，n，j二l，…，m;S22，將分存圖片ti,j分發(fā)給第i個分享者，作為其第j輪得到的分存圖片，這樣每個分享者均擁有了m個分存圖片，并標(biāo)識有序號。3.如權(quán)利要求2所述的具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟S31，若分享者丄，…，Jk來重構(gòu)圖像P，tA,…,/Jc(l,…,W，對每一輪帶有序號的k個分存圖進(jìn)行布爾或運算，得到m個圖片^!z一*~f厶，yS32:對m個圖片分別執(zhí)行布爾反運算得到圖片^，j=1，…，m;`533:對圖片^，…，^執(zhí)行布爾或運算得到圖片U=^+…+^;`534:對圖片U執(zhí)行布爾反運算得到圖片P:P=Z7=f+.-+[全文摘要本發(fā)明公開了一種具有最小像素膨脹和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，包括步驟構(gòu)造基本矩陣集合；利用所述基本矩陣集合對圖像S進(jìn)行加密；利用反色復(fù)制的方法對圖像S進(jìn)行解密，得到圖像P。本發(fā)明的技術(shù)方案利用了反色復(fù)制的方法，并通過構(gòu)造特殊的基本矩陣通過若干邏輯運算得到重構(gòu)了秘密圖像中的像素點的取值，實現(xiàn)了重構(gòu)得到的圖像對照度達(dá)到最優(yōu)、像素膨脹達(dá)到最小。文檔編號G06T1/00GK101751658SQ200910242308公開日2010年6月23日申請日期2009年12月9日優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日發(fā)明者宋濤,李順東,王道順,陳渝申請人:清華大學(xué)