專(zhuān)利名稱：：具有最少分存和最優(yōu)對(duì)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少分存和最優(yōu)對(duì)照度的圖像可視分存方法。
背景技術(shù)：
：可視分存技術(shù)最早由Naor和Shamir等人于1994年在歐密會(huì)上提出，其基本思想是，把需要共享的秘密圖片，利用可視分存技術(shù)加密成若干張分存圖片，并印刷到幻燈片上，單從其中任何一張分存圖片不能得到除秘密圖片尺寸之外的任何信息，但是把兩者分存圖片疊加后，便可以利用人的視覺(jué)系統(tǒng)看到共享的秘密圖片了。像素膨脹和對(duì)照度是衡量一個(gè)可視分存方案好壞的最重要的參數(shù)，像素膨脹越小，我們需要攜帶的分存空間就越?。粚?duì)照度越高，恢復(fù)出來(lái)的圖像就越清晰可見(jiàn)；同時(shí)為了攜帶方便，分存片越少越好。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(yùn)算式&@&=Oi((Oi(5,S2)),&)))，利用反色復(fù)制設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)兩張圖片的對(duì)位邏輯異或運(yùn)算，運(yùn)算式中SpS2表示兩張圖片，OR表示邏輯或運(yùn)算，即疊加操作，^表示對(duì)圖像S進(jìn)行反色復(fù)制操作。利用現(xiàn)有技術(shù)的分存方法所得到的解密圖片對(duì)照度弱、且，所需分存片多。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具有最少分存和最優(yōu)對(duì)照度的圖像可視分存方法，包括以下步驟Sl，構(gòu)造基本矩陣和輔助矩陣，將所述基本矩陣進(jìn)行內(nèi)部分塊，得到多個(gè)矩陣塊，然后將對(duì)各矩陣塊分別進(jìn)行變換得到的多個(gè)矩陣進(jìn)行組合，構(gòu)成基本矩陣集合；S2，利用所述基本矩陣集合和輔助矩陣對(duì)圖像S進(jìn)行加密；S3，利用反色復(fù)制的方法對(duì)圖像S進(jìn)行解密，得到圖像P。其中，所述步驟SI具體包括以下步驟sii，設(shè)圖像s中包含g個(gè)灰度像素級(jí)，g^3，列出集合r。，該集合r。表示n個(gè)分享者中任意k個(gè)分享者的所有組合，0<k《n;S12，任意選擇一個(gè)對(duì)黑白圖像進(jìn)行可視分存的(k，k)基本矩陣B。、Bp該基本矩陣為kX215—^巨陣；構(gòu)造nX2k—^巨陣E/(E/)，j=1，…，t，/=C，孩矩陣E/(E/)對(duì)應(yīng)于集合r。中的集合元素Qj:{丄，…，jj，構(gòu)造方式為用矩陣B。(B》的行依次填充矩陣E/(E/)中第丄，…，J'k行，其余的行填充'l';S13，構(gòu)造nX((g-l)2k—"矩陣巧'=^T^?！?。。五)'符號(hào)'0，表示矩陣的'并'運(yùn)算，q=1，...，g，j=1，…，t，對(duì)矩陣M'中的E/、E/經(jīng)過(guò)列變換后得到的不同矩陣組成的矩陣集合CJ，則第q級(jí)灰度像素的基本矩陣為、=《9?！?。"，q=l，...，g，^"'跑遍矩陣c/得到相應(yīng)的基本矩陣Lq組成的集合就是基本矩陣集合；S14，構(gòu)造nX215—^巨陣Fj，j=1，…，t，該矩陣F」對(duì)應(yīng)于集合r。中的集合元素Qj={丄，…，jJ，構(gòu)造方式為將矩陣Fj第丄，…，Jk行填充全'0'，其余的行填充'l';S15，構(gòu)造nX((g-l).2k—0矩陣p'=>。.:.。尸'j=1，…，t，則輔助矩陣為A。'=F/o...oFt';其中，所述步驟S2具體包括以下步驟S21，分別利用矩陣C二…,c/作為基本矩陣集合，對(duì)圖像S的逐個(gè)像素點(diǎn)執(zhí)行t次g級(jí)加密，共生成t'n個(gè)分存圖片^j，…，tn,j，j二l，…，t，組合分存圖片kj，…，tn,j得到新的分存圖片tp=(t^o…otp,t)，并將分存圖片tp分發(fā)給第p個(gè)分享者，p=1，…，n;其中，加密算法為灰度圖像的可視分存方案(VisualSecretSharingScheme,VSSS)中常用的加密算法。S22:依次加密圖像S的像素點(diǎn)，將矩陣A。'的第j行作為加密該像素點(diǎn)后得到的第j分存圖，并將其分發(fā)給第P個(gè)分享者，P=1，…，n，至此，每個(gè)分享者均擁有了兩個(gè)分存圖片；其中，所述步驟S3具體包括以下步驟S31，若分享者&，…，」^來(lái)解密圖像S，則對(duì)兩輪帶有標(biāo)識(shí)的k個(gè)分存圖片進(jìn)行布爾異或運(yùn)算X0R，得到T=十…。t,=J力①…e《；S32，對(duì)T和A執(zhí)行如下運(yùn)算得到U=<7+A^,U即為解密后得到的圖像P。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(diǎn)利用了反色復(fù)制的方法，并通過(guò)構(gòu)造特殊的基本矩陣和輔助矩陣通過(guò)若干邏輯運(yùn)算得到重構(gòu)了秘密圖像中的像素點(diǎn)的取值，實(shí)現(xiàn)了重構(gòu)得到的圖像對(duì)照度達(dá)到最優(yōu)、分存片最少。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中使用的秘密圖像S;圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中，通過(guò)加密過(guò)程，第存圖片^和A1;圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中，通過(guò)加密過(guò)程，第存圖片^和A2;圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中，通過(guò)加密過(guò)程，第存圖片^和A3;圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中，通過(guò)解密過(guò)程，第者重構(gòu)得到秘密圖片u=("~)+(44))十(4十4);圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中，通過(guò)解密過(guò)程，第一個(gè)分享者得到的兩個(gè)分二個(gè)分享者得到的兩個(gè)分三個(gè)分享者得到的兩個(gè)分一個(gè)分享者與第二個(gè)分享一個(gè)分享者與第三個(gè)分享者重構(gòu)得到秘密圖片^=(",3)+(44))(4^);圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例的方法中，通過(guò)解密過(guò)程，第三個(gè)分享者與第二個(gè)分享者重構(gòu)得到秘密圖片"=(("~)+(44))十(44);圖9示出了利用普通灰度可視分存方案的重構(gòu)結(jié)果。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法包括以下步驟分享者1、2、3分享秘密信息3級(jí)灰度圖像S，實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)人可以重構(gòu)秘密信息圖像S。圖像S為320X160灰度圖像如圖2所示。下面開(kāi)始分享該圖像S的過(guò)程。首先，構(gòu)造基本矩陣集合和輔助矩陣步驟1:列出集合r。=&={1，2}，Q2={1,3}^={2，3}}，該集合r。表示3個(gè)分享者中任意2個(gè)分享者的所有組合。步驟2:選擇一個(gè)(2，2)黑白圖像的可視分存技術(shù)的基本矩陣A=10101001該基本矩陣為2X2矩陣。構(gòu)造矩陣3X2的E/(E/)，j=1，2，3。E,(E/)對(duì)應(yīng)于步驟1中集合r。中集合元素Q工=(1，2h用矩陣B。(B》的行依次填充矩陣E,(E/)中第1、2行，其余的行填充全'1'。得五,g=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>E/(E。對(duì)應(yīng)于步驟1中集合r。中集合元素92=(1，3h用矩陣B。(B》的行依次<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>的行依次步驟3:構(gòu)造3X4矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>c;={101011111010011011110110100111111001010111110101}={111110101010111111110110，讓?zhuān)?1101001—mi01010101五,'=五i。。五！1=10101001=￡o?！?101011111001E,.i分另U列變換得至IJ={.1010100111110110010110101001一讓101001010110c22={101011111001011011110101100111111010010111110110c321010100101100101讓101001010110五Z=五)。五i1=1010010110101111010110100101E,.1分另U列變換得至IJ={10100101011010011001011001011010c23={1010im010101101111腿100101100101mi1010}C33={111110100101OHO1010薩011001011010基本矩陣A=《。《?！?101010101111101011111010111110101010l()H)10101111J/?！?100111111010111110011001——10101010uir丄3o《?！?10111111010111101010101當(dāng)E/，i=1,2，3，j=1，2，3跑遍，時(shí)，就得到。c)'對(duì)應(yīng)的3個(gè)灰度級(jí)的基本矩陣集合。步驟4:構(gòu)造3X2的Fj，j=1，2，3。對(duì)應(yīng)于步驟l中集合r。中集合元素Q工={1，2}，矩陣巳中第1、2行填充全'0'，7其余的行填充全'r。得《=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>對(duì)應(yīng)于步驟l中集合「。中集合元素92={1，3}，矩陣&中第1、3行填充全'0'，_00_其余的行填充全'r。得《=ii00對(duì)應(yīng)于步驟l中集合「。中集合元素93={2，3}，矩陣^中第2、3行填充全'0'，—11.其余的行填充全'r。得《=oo00步驟5:構(gòu)造3X4矩陣5=^。^=00000000F,=R。F，=000011110000F3=F3°F3=00000000則輔助矩陣j。。F2。F3000000001111000011110000111100000000其次，利用構(gòu)造基本矩陣集合和輔助矩陣對(duì)圖像S進(jìn)行加密(或稱分發(fā))步驟1:逐點(diǎn)加密秘密圖像S，若像素點(diǎn)為1級(jí)灰度像素點(diǎn)時(shí)—1010—1.取矩陣中任意矩陣，例如取(1010)，分存片^,1=(1111)。明顯地，這里的加密(或稱分發(fā))方式為將矩陣的每一行分別取出，得到3個(gè)分存片(因?yàn)橛?個(gè)分享者)。一1010一1010則分存片tu=(ioio)，分存片tu2.取矩陣中任意矩陣，例如(1111)，分存片t3,2=(1010)。1010則分存片^,2=(1010)，分存片t2101010103.取矩陣中任意矩陣，例如(1010)，分存片t3,3=(1010)。4.組合分存片得到^=(tuotuotu)=(101010101111)分發(fā)給分享者1，t2=(t2aot2,2ot2,3)=(101011111010)分發(fā)給分享者2，則分存片^,3=(llll)，分存片t"t3=(t3aot3,2ot3,3)=(111110101010)分發(fā)給分享者3。同理，當(dāng)像素點(diǎn)為2或3級(jí)灰度像素點(diǎn)時(shí)，類(lèi)似地得到分存圖片,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>步驟2:取矩陣A=將1、2、3行分別分發(fā)給分享者，則A(000000001111)分發(fā)給分享者1，A2=(000011110000)分發(fā)給分享者2，A3=(111100000000)分發(fā)給分享者3。最后，對(duì)秘密圖像S進(jìn)行解密(或稱為重構(gòu))步驟1:例如，可以由分享者1和2來(lái)重構(gòu)秘密圖像前面所加密的1級(jí)灰度像素點(diǎn)'首先對(duì)兩輪帶有標(biāo)識(shí)的2個(gè)分存圖片進(jìn)行XOR(布爾異或操作)r=十^=步驟2:對(duì)T和A執(zhí)行下面操作得到U:"—7^=(000000000000)。u=(oooooooooooo)表示解密得到的原灰度像素點(diǎn)為i級(jí)像素點(diǎn)，即白色像素點(diǎn)。圖38示出了利用本發(fā)明的圖像可視分存方法進(jìn)行圖像解密的效果圖。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>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，對(duì)照度--遠(yuǎn)小于l/g_l;分存片對(duì)于多輪灰度方案來(lái)說(shuō)，輪數(shù)2為"最小"。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例利用了反色復(fù)制的方法，并通過(guò)構(gòu)造特殊的基本矩陣和輔助矩陣通過(guò)若干邏輯運(yùn)算得到重構(gòu)了秘密圖像中的像素點(diǎn)的取值。普通的基本矩陣集的構(gòu)造方法是由基本矩陣直接矩陣內(nèi)部列變換獲得所有矩陣；本發(fā)明構(gòu)造方法的特殊之處在于，構(gòu)造好基本矩陣后，生成基本矩陣集是矩陣內(nèi)部分塊，然后塊內(nèi)各自獨(dú)立列變換得到所有的矩陣。因此實(shí)現(xiàn)了重構(gòu)得到的圖像對(duì)照度達(dá)到最優(yōu)、分存片最少。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(hù)范圍。權(quán)利要求一種具有最少分存和最優(yōu)對(duì)照度的圖像可視分存方法，其特征在于，包括以下步驟S1，構(gòu)造基本矩陣和輔助矩陣，將所述基本矩陣進(jìn)行內(nèi)部分塊，得到多個(gè)矩陣塊，然后將對(duì)各矩陣塊分別進(jìn)行列變換得到的多個(gè)矩陣進(jìn)行組合，構(gòu)成基本矩陣集合；S2，利用所述基本矩陣集合和輔助矩陣對(duì)圖像S進(jìn)行加密；S3，利用反色復(fù)制的方法對(duì)圖像S進(jìn)行解密，得到圖像P。2.如權(quán)利要求1所述的具有最少分存和最優(yōu)對(duì)照度的圖像可視分存方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下步驟Sll，設(shè)圖像S中包含g個(gè)灰度像素級(jí)，g^3，列出集合r。，該集合r。表示n個(gè)分享者中任意k個(gè)分享者的所有組合，0<k《n;S12，任意選擇一個(gè)對(duì)黑白圖像進(jìn)行可視分存的(k，k)基本矩陣B。、B"該基本矩陣為kX2k—^巨陣；構(gòu)造nX215—^巨陣E/(Ej1)，j=1，…，t，kC:孩矩陣E/(E/)對(duì)應(yīng)于集合r。中的集合元素Qj={丄，…，Jkh構(gòu)造方式為用矩陣B。(B》的行依次填充矩陣E/(E/)中第丄，…，J'k行，其余的行填充'l';S13，構(gòu)造nX((g-l)2k—0矩陣巧'=^^。^"77^7^符號(hào)'o'表示矩陣的'并'運(yùn)算，q=1，...，g，j=1，…，t，對(duì)矩陣E/'中的E/、E/經(jīng)過(guò)列變換后得到的不同矩陣組成的矩陣集合C/'，則第q級(jí)灰度像素的基本矩陣為、-五/?！?。五/q=l，...，g，E/'跑遍矩陣C/'，得到相應(yīng)的基本矩陣Lq組成的集合就是基本矩陣集合；S14，構(gòu)造nX2k—1矩陣Fj，j=1，…，t，該矩陣Fj對(duì)應(yīng)于集合r。中的集合元素Qj={丄，…，Jkh構(gòu)造方式為將矩陣Fj第丄，…，jk行填充全'0'，其余的行填充'l';S15，構(gòu)造nX((g-l).2k—0矩陣i^、;^,:.。巧j=l，…，t，則輔助矩陣為A'。=3.如權(quán)利要求2所述的具有最少分存和最優(yōu)對(duì)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S21，分別利用矩陣C/'，…，C/'作為基本矩陣集合，對(duì)圖像S的逐個(gè)像素點(diǎn)執(zhí)行t次g級(jí)加密，共生成t'n個(gè)分存圖片^j，…，kj，j二l，…，t，組合分存圖片^j，…，tn,j得到新的分存圖片tp=(t^q…qtp,t)，并將分存圖片tp分發(fā)給第p個(gè)分享者，p=1，…，n;S22:依次加密圖像S的像素點(diǎn)，將矩陣A'。的第j行作為加密該像素點(diǎn)后得到的第j分存圖，并將其分發(fā)給第P個(gè)分享者，P二1，…，n，至此，每個(gè)分享者均擁有了兩個(gè)分存圖片。4.如權(quán)利要求3所述的具有最少分存和最優(yōu)對(duì)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^(guò)，…，」^來(lái)解密圖像S，則對(duì)兩輪帶有標(biāo)識(shí)的k個(gè)分存圖片進(jìn)行布爾異或運(yùn)算XOR，得至f="十…,A^=…十JA.S32，對(duì)T和A執(zhí)行如下運(yùn)算得到U=^,U即為解密后得到的圖像Pc全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種具有最少分存和最優(yōu)對(duì)照度的圖像可視分存方法，包括步驟構(gòu)造基本矩陣集合和輔助矩陣；利用所述基本矩陣集合和輔助矩陣對(duì)圖像S進(jìn)行加密；利用反色復(fù)制的方法對(duì)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(guò)構(gòu)造特殊的基本矩陣和輔助矩陣通過(guò)若干邏輯運(yùn)算得到重構(gòu)了秘密圖像中的像素點(diǎn)的取值，實(shí)現(xiàn)了重構(gòu)得到的圖像對(duì)照度達(dá)到最優(yōu)、分存片最少。文檔編號(hào)G06T1/00GK101719263SQ200910242128公開(kāi)日2010年6月2日申請(qǐng)日期2009年12月8日優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日發(fā)明者宋濤,李順東,王道順,陳渝申請(qǐng)人:清華大學(xué)