專利名稱：：具有最少分存和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及密鑰共享及圖像防偽領域，尤其涉及一種具有最少分存和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法。
背景技術：
：可視分存技術最早由Naor和Shamir等人于1994年在歐密會上提出，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系統看到共享的秘密圖片了。像素膨脹和對照度是衡量一個可視分存方案好壞的最重要的參數，像素膨脹越小，我們需要攜帶的分存空間就越??；對照度越高，恢復出來的圖像就越清晰可見；同時為了攜帶方便，分存片越少越好。日常生活中的反色復制設備可以提供反色復制的功能，就是可以將白色復制成黑色，黑色復制成白色。利用邏輯運算式&@&=Oi((Oi(5,S2)),&)))，利用反色復制設備可以實現兩張圖片的對位邏輯異或運算，運算式中SpS2表示兩張圖片，OR表示邏輯或運算，即疊加操作，^表示對圖像S進行反色復制操作。利用現有技術的分存方法所得到的解密圖片對照度弱、且，所需分存片多。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種具有最少分存和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，包括以下步驟Sl，構造基本矩陣和輔助矩陣，將所述基本矩陣進行內部分塊，得到多個矩陣塊，然后將對各矩陣塊分別進行變換得到的多個矩陣進行組合，構成基本矩陣集合；S2，利用所述基本矩陣集合和輔助矩陣對圖像S進行加密；S3，利用反色復制的方法對圖像S進行解密，得到圖像P。其中，所述步驟SI具體包括以下步驟sii，設圖像s中包含g個灰度像素級，g^3，列出集合r。，該集合r。表示n個分享者中任意k個分享者的所有組合，0<k《n;S12，任意選擇一個對黑白圖像進行可視分存的(k，k)基本矩陣B。、Bp該基本矩陣為kX215—^巨陣；構造nX2k—^巨陣E/(E/)，j=1，…，t，/=C，孩矩陣E/(E/)對應于集合r。中的集合元素Qj:{丄，…，jj，構造方式為用矩陣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，構造nX((g-l)2k—"矩陣巧'=^T^?！?。。五)'符號'0，表示矩陣的'并'運算，q=1，...，g，j=1，…，t，對矩陣M'中的E/、E/經過列變換后得到的不同矩陣組成的矩陣集合CJ，則第q級灰度像素的基本矩陣為、=《9?！?。"，q=l，...，g，^"'跑遍矩陣c/得到相應的基本矩陣Lq組成的集合就是基本矩陣集合；S14，構造nX215—^巨陣Fj，j=1，…，t，該矩陣F」對應于集合r。中的集合元素Qj={丄，…，jJ，構造方式為將矩陣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，對圖像S的逐個像素點執(zhí)行t次g級加密，共生成t'n個分存圖片^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，將矩陣A。'的第j行作為加密該像素點后得到的第j分存圖，并將其分發(fā)給第P個分享者，P=1，…，n，至此，每個分享者均擁有了兩個分存圖片；其中，所述步驟S3具體包括以下步驟S31，若分享者&，…，」^來解密圖像S，則對兩輪帶有標識的k個分存圖片進行布爾異或運算X0R，得到T=十…。t,=J力①…e《；S32，對T和A執(zhí)行如下運算得到U=<7+A^,U即為解密后得到的圖像P。與現有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有如下優(yōu)點利用了反色復制的方法，并通過構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了秘密圖像中的像素點的取值，實現了重構得到的圖像對照度達到最優(yōu)、分存片最少。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S;圖3示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過加密過程，第存圖片^和A1;圖4示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過加密過程，第存圖片^和A2;圖5示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過加密過程，第存圖片^和A3;圖6示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過解密過程，第者重構得到秘密圖片u=("~)+(44))十(4十4);圖7示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過解密過程，第一個分享者得到的兩個分二個分享者得到的兩個分三個分享者得到的兩個分一個分享者與第二個分享一個分享者與第三個分享者重構得到秘密圖片^=(",3)+(44))(4^);圖8示出了本發(fā)明實施例的方法中，通過解密過程，第三個分享者與第二個分享者重構得到秘密圖片"=(("~)+(44))十(44);圖9示出了利用普通灰度可視分存方案的重構結果。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細說明。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。如圖1所示，依據本發(fā)明實施例的方法包括以下步驟分享者1、2、3分享秘密信息3級灰度圖像S，實現任意兩個人可以重構秘密信息圖像S。圖像S為320X160灰度圖像如圖2所示。下面開始分享該圖像S的過程。首先，構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個分享者中任意2個分享者的所有組合。步驟2:選擇一個(2，2)黑白圖像的可視分存技術的基本矩陣A=10101001該基本矩陣為2X2矩陣。構造矩陣3X2的E/(E/)，j=1，2，3。E,(E/)對應于步驟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。對應于步驟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:構造3X4矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>c;={101011111010011011110110100111111001010111110101}={111110101010111111110110，讓，01101001—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=《?！丁！?101010101111101011111010111110101010l()H)10101111J/?！?100111111010111110011001——10101010uir丄3o《。《010111111010111101010101當E/，i=1,2，3，j=1，2，3跑遍，時，就得到。c)'對應的3個灰度級的基本矩陣集合。步驟4:構造3X2的Fj，j=1，2，3。對應于步驟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>對應于步驟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對應于步驟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，利用構造基本矩陣集合和輔助矩陣對圖像S進行加密(或稱分發(fā))步驟1:逐點加密秘密圖像S，若像素點為1級灰度像素點時—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個分存片(因為有3個分享者)。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，當像素點為2或3級灰度像素點時，類似地得到分存圖片,<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，對秘密圖像S進行解密(或稱為重構)步驟1:例如，可以由分享者1和2來重構秘密圖像前面所加密的1級灰度像素點'首先對兩輪帶有標識的2個分存圖片進行XOR(布爾異或操作)r=十^=步驟2:對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為i級像素點，即白色像素點。圖38示出了利用本發(fā)明的圖像可視分存方法進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結果。下面給出現有技術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行圖像解密得到的指標比較表，如表1所示表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，對照度--遠小于l/g_l;分存片對于多輪灰度方案來說，輪數2為"最小"。由以上實施例可以看出，本發(fā)明的實施例利用了反色復制的方法，并通過構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了秘密圖像中的像素點的取值。普通的基本矩陣集的構造方法是由基本矩陣直接矩陣內部列變換獲得所有矩陣；本發(fā)明構造方法的特殊之處在于，構造好基本矩陣后，生成基本矩陣集是矩陣內部分塊，然后塊內各自獨立列變換得到所有的矩陣。因此實現了重構得到的圖像對照度達到最優(yōu)、分存片最少。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。權利要求一種具有最少分存和最優(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，構造基本矩陣和輔助矩陣，將所述基本矩陣進行內部分塊，得到多個矩陣塊，然后將對各矩陣塊分別進行列變換得到的多個矩陣進行組合，構成基本矩陣集合；S2，利用所述基本矩陣集合和輔助矩陣對圖像S進行加密；S3，利用反色復制的方法對圖像S進行解密，得到圖像P。2.如權利要求1所述的具有最少分存和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下步驟Sll，設圖像S中包含g個灰度像素級，g^3，列出集合r。，該集合r。表示n個分享者中任意k個分享者的所有組合，0<k《n;S12，任意選擇一個對黑白圖像進行可視分存的(k，k)基本矩陣B。、B"該基本矩陣為kX2k—^巨陣；構造nX215—^巨陣E/(Ej1)，j=1，…，t，kC:孩矩陣E/(E/)對應于集合r。中的集合元素Qj={丄，…，Jkh構造方式為用矩陣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，構造nX((g-l)2k—0矩陣巧'=^^。^"77^7^符號'o'表示矩陣的'并'運算，q=1，...，g，j=1，…，t，對矩陣E/'中的E/、E/經過列變換后得到的不同矩陣組成的矩陣集合C/'，則第q級灰度像素的基本矩陣為、-五/。…。五/q=l，...，g，E/'跑遍矩陣C/'，得到相應的基本矩陣Lq組成的集合就是基本矩陣集合；S14，構造nX2k—1矩陣Fj，j=1，…，t，該矩陣Fj對應于集合r。中的集合元素Qj={丄，…，Jkh構造方式為將矩陣Fj第丄，…，jk行填充全'0'，其余的行填充'l';S15，構造nX((g-l).2k—0矩陣i^、;^,:.。巧j=l，…，t，則輔助矩陣為A'。=3.如權利要求2所述的具有最少分存和最優(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S21，分別利用矩陣C/'，…，C/'作為基本矩陣集合，對圖像S的逐個像素點執(zhí)行t次g級加密，共生成t'n個分存圖片^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個分享者，p=1，…，n;S22:依次加密圖像S的像素點，將矩陣A'。的第j行作為加密該像素點后得到的第j分存圖，并將其分發(fā)給第P個分享者，P二1，…，n，至此，每個分享者均擁有了兩個分存圖片。4.如權利要求3所述的具有最少分存和最優(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^，…，」^來解密圖像S，則對兩輪帶有標識的k個分存圖片進行布爾異或運算XOR，得至f="十…,A^=…十JA.S32，對T和A執(zhí)行如下運算得到U=^,U即為解密后得到的圖像Pc全文摘要本發(fā)明公開了一種具有最少分存和最優(yōu)對照度的圖像可視分存方法，包括步驟構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圖像S進行加密；利用反色復制的方法對圖像S進行解密，得到圖像P。本發(fā)明的技術方案利用了反色復制的方法，并通過構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了秘密圖像中的像素點的取值，實現了重構得到的圖像對照度達到最優(yōu)、分存片最少。文檔編號G06T1/00GK101719263SQ200910242128公開日2010年6月2日申請日期2009年12月8日優(yōu)先權日2009年12月8日發(fā)明者宋濤,李順東,王道順,陳渝申請人:清華大學