CN101216930A - 利用三维立体图标防伪的方法 - Google Patents

Abstract

利用三维立体图标防伪的方法，属于信息安全领域。为了既能三维立体显示图标，又能在三维显示的图标中隐藏秘密图像信息，本发明公开了利用三维立体图标防伪的方法，包括获取参数，输入秘密图像和灰度图像；然后利用可视分存方法构造n幅可视分存图，利用三维立体画方法构造n幅三维立体图，调整所述n幅可视分存图和所述n幅三维立体图大小并分成多个基本块；最后随机选取可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块，构造n幅三维立体可视分存图标等步骤。本发明通过数据融合技术，将可视分存技术和三维立体画技术结合起来，所生成的n幅图标每一幅单独是三维立体画；又可以在三维立体画中分存隐藏秘密信息。

Description

利用三维立体图标防伪的方法

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别涉及一种利用三维立体图标防伪的方法。

背景技术

近年来，随着图标防伪技术的应用，信息安全领域技术飞速发展，尤其是可视分存技术和三维立体画技术的发展，更加推动了图标防伪技术的进步。

可视分存技术与三维立体画技术都是基于人眼视觉的特性，二者恢复出图像的过程都是利用人眼识别：

1.可视分存技术

可视分存技术是一种利用人眼作为解密工具对秘密图像进行分存的技术，其特点是解密过程不需要复杂的计算，直接利用人眼视觉识别恢复秘密图像，简单快捷而又安全。

1994年，Naor和Shamir在欧洲密码学会议上首次提出了这种方法，即(k，n)-可视分存方法(Visual Cryptography Scheme，VCS)。该方法对图像进行加密，得到n幅称作可视分存图的图像，将这n幅可视分存图印刷到透明片上，按照任意顺序叠加其中的任意k(2≤k≤n)幅，可以可视地重构原始秘密图像。但是，如果少于k幅可视分存图，即使具有无限大的运算能力也无法得到关于原始秘密图像的任何信息。可视分存方法的重构过程利用了人的视觉特性，不需要任何密码学知识，也不需要进行任何密码学运算。

但是，这种方法，对于每一个可视分存图，并不能实现三维立体显示。

2.三维立体画技术

三维立体画技术同样是基于人眼视觉特点的技术，也被称为单视图立体画。

利用两个细微变化的图像生成随机点立体图的方法，从两幅二维图像(2D)中看出三维立体图像(3D)的方法。随着该领域的发展，人们设计了一种使人眼可以不借助工具从单幅图像看出3D效果的单幅随机点立体图方法。近年来又提出了一种视觉加密方法，和一种检测3D场景中隐藏的图像，该方法的解密过程不是利用光的特性，而是利用人眼视觉系统对3D信息特性的感觉。并将结果推广到了移动目标。

三维立体画技术的基础是墙纸效应，当若干重复的图像排列在一起时，人们的大脑将通过眼睛的发散和聚焦，对相同的点进行匹配，从而观察到在高于或者低于实际平面的虚拟平面，三维立体画就是根据这个原理作成的。

但是，三维立体画技术，并不具有防伪功能，即无法隐藏图像信息。

综上，现有技术中，要么只能单纯隐藏图标中的信息，而不能三维立体显示图标；要么只能单纯三维立体显示图标，而不具有防伪功能，不能隐藏图标信息。

发明内容

为了既能三维立体显示图标，又能在三维显示的图标中隐藏秘密图像信息，本发明提供了一种利用三维立体图标防伪的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤101，获取可视分存方法的参数(k，n)，其中n是可视分存图的数量，k是要恢复秘密图像所需可视分存图数量的门限值，且2≤k≤n；

步骤102，输入秘密图像和n幅灰度图像；

步骤103，根据所述秘密图像和参数(k，n)，利用可视分存方法构造n幅可视分存图，每幅可视分存图分为s×t个基本块，s和t是根据可视分存图大小预先确定的；

步骤104，以所述n幅灰度图像作为高度信息，利用三维立体画制作方法构造n幅三维立体图，并使得n幅三维立体图与n幅可视分存图大小相同；然后将每幅三维立体图也分为s×t个基本块，并使得所述每幅三维立体图的s×t个基本块与所述每幅可视分存图的s×t个基本块一一对应；

步骤105，取出一幅已分好基本块的可视分存图和一幅已分好基本块的三维立体图，随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处；重复上述填充步骤，将所有基本块填充完毕，构成一幅三维立体可视分存图标；

步骤106，重复执行步骤105，利用n幅可视分存图和n幅三维立体图依次生成n幅三维立体可视分存图标，从而实现每幅三维立体可视分存图标不显现秘密图像，只有取出k幅三维立体可视分存图，对齐、透过光线才显现出秘密图像的防伪效果。

在本发明中，步骤105中随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处的一种方法为：

获取随机数r，0＜r＜1，并与预先确定的使用可视分存图的概率p进行比较，其中0＜p＜1，

如果r≤p，则取所述可视分存图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处，

如果r＞p，则取所述三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处。

在本发明中，步骤105中随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处的一种方法为：

获取随机数r，0＜r＜1，并与预先确定的使用三维立体图的概率q进行比较，其中0＜q＜1，

如果r≤q，则取所述三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处，

如果r＞q，则取所述可视分存图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处。

采用本发明的技术方案，通过数据融合技术，将可视分存技术和三维立体画技术结合起来，所生成的n幅图标每一幅单独是三维立体画；又可以在三维立体画中分存隐藏秘密信息。

附图说明

图1是本发明实施例1中提供的利用三维立体图标防伪的方法的原理图；

图2是本发明实施例1中提供的利用三维立体图标防伪的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本实施例提供一种利用三维立体图标防伪的方法，如图1所示，该方法通过将可视分存技术和三维立体画技术融合，按照可视分存图使用的概率和三维立体图使用的概率，生成三维立体可视分存图标，这个概率是可以控制和变化的。

设生成的三维立体可视分存图标中可视分存图使用的概率为p，三维立体图使用的概率为q，0＜p，q＜1，满足p+q＝1。

当p＝100％，q＝0时，所生成的n个可视分存图为纯粹的(k，n)可视分存图，并不具有三维立体显示的效果；当p＝0，q＝100％时，所生成的n个可视分存图为n个三维立体显示的图像，并不具有可视分存功能，无法隐藏秘密图像信息。

在本发明中，p、q都不为0，即，在生成的三维立体可视分存图标中既能三维立体显示，又能分存秘密图像，将n个可视分存图，分别发给n个参与者，每个参与者持有一个可视分存图，并且每个可视分存图都是一张具有三维立体效果的图像。

如图2所示，本实施例所述方法的具体步骤如下：

步骤101：获取如下数据；

1)(k，n)-可视分存方案，n是指可视分存图的数量，k是指要恢复秘密图像所需可视分存图数量的门限值，且2≤k≤n。

2)根据(k，n)，按照现有的可视分存技术，可以确定基本矩阵B₀、B₁，和膨胀系数m。

3)确定基本块列数v，1≤v≤m，具体存在如下两种情况：

如果m是v的整数倍，令m＝(m/v)×v，即将基本矩阵中每一行的m个子像素排列为一个矩阵，该矩阵总共有m/v行和v列；

如果m不是v的整数倍，则取v²与m最接近的v值，然后再调整m＝v²，如m＝7，3²＝9，与7最接近，取v＝3，然后调整m＝9，令m＝(m/v)×v，即将基本矩阵块中每一行的m个子像素排列为一个矩阵，该矩阵总共有m/v行和v列。

步骤102：输入秘密图像和n幅灰度图像。所述秘密图像具有两种颜色：黑色和白色。n幅灰度图像代表n幅三维立体图像的高度信息，颜色c₁，...c_n∈{0，...255}为灰度信息，0代表黑色，255代表白色。这些灰度图像大小相同。在生成三维立体图的过程中，每一幅三维立体图对应一幅灰度图像，每一幅灰度图像都是一幅三维立体图像的深度信息，灰度值表示图像深度，灰度值越大表示重复点之间的距离越小。

步骤103：根据所述秘密图像和参数(k，n)，利用可视分存方法构造n幅可视分存图，

即以B₀和B₁为基本矩阵，构造n幅可视分存图；B₀和B₁为两个n×m矩阵，其中n行代表n幅可视分存图，每行代表原图每一个像素点膨胀为m个子像素点，若秘密图象中像素点为白色，则以矩阵B₀来生成；若秘密图象中像素点为黑色，则以矩阵B₁来生成，现有的可视分存方案在此均可使用。

每幅可视分存图都以(m/v)×v矩阵为基本块，被分为s×t个基本块，s和t是根据可视分存图大小预先确定的，s表示图中每一行的基本块的数量，t表示图中每一列的基本块的数量。

步骤104：以n幅灰度图作为高度信息，利用三维立体画制作方法构造n幅三维立体图。

构造过程中，每一幅三维立体图根据对应的高度图，逐行进行处理，先计算出每一个像素点在左偏图和右偏图上的坐标，再计算出在最后合成图上的坐标，然后生成最后的图像，现有的三维立体画制作方法在此均可使用。

调整n幅可视分存图和n幅三维立体图大小，使n幅可视分存图之间、n幅三维立体图之间，以及可视分存图和三维立体图之间，即所有的2n幅图大小都相同，然后将上述n幅三维立体图以(m/v)×v矩阵为基本块进行分块，每幅三维立体图分为s×t个基本块，每幅三维立体图的s×t个基本块与每幅可视分存图的s×t个基本块一一对应。

步骤105，取出一幅已分好基本块的可视分存图和一幅已分好基本块的三维立体图，随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处；

由于可视分存图、三维立体图和三维立体可视分存图标有相同的基本块，每一个基本块位置一一对应，因此，对于第i幅三维立体可视分存图上的每一个基本块的填充，以概率p取第i幅可视分存图对应位置上的基本块进行填充，或以概率q取第i幅三维立体图对应位置上的基本块进行填充；

对三维立体可视分存图标上的每一个基本块的填充，具体步骤为：

1)预先选取使用可视分存图和使用三维立体图的概率值p和q，0＜p，q＜1，p+q＝1。

随着p和q的变化，所生成的可视分存图像效果也发生变化。随着p增大，q减小，三维立体可视分存图所呈现出的可视分存效果更加明显，所恢复的秘密图象更加清晰，而三维立体效果逐渐减弱；随着p减小，q增大，三维立体可视分存图所呈现出的三维立体效果逐渐增强，单幅可视分存图的三维立体效果更加明显，而恢复出的秘密图象比较模糊。

2)获取随机数r，0＜r＜1，并与预先确定的使用可视分存图的概率p进行比较，如果r≤p，则取所述可视分存图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处，如果r＞p，则取所述三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处。

同样，也可以获取随机数r，0＜r＜1，并与预先确定的使用三维立体图的概率q进行比较，其中0＜q＜1，如果r≤q，则取所述三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处，如果r＞q，则取所述可视分存图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处。

重复上述填充步骤，将所有基本块填充完毕，构成一幅三维立体可视分存图标。

步骤106：重复执行步骤105，利用n幅可视分存图和n幅三维立体图依次生成n幅三维立体可视分存图标。这n幅三维立体可视分存图标含有秘密图像，但每幅三维立体可视分存图标中不显现秘密图像，只有取出k幅(2≤k≤n)三维立体可视分存图，对齐、透过光线才显现出秘密图像的防伪效果。

也就是说，利用生成的n幅三维立体可视分存图标，既可以立体显示每一幅可视分存图，而从每一幅三维立体可视分存图标中，又得不到有关秘密图像的任何信息；只有通过取出n幅三维立体可视分存图中的k(2≤k≤n)幅图，对齐、透过光线，才可以显现出隐藏的秘密图像信息，从而用于防伪。

本实施例生成的n幅三维立体可视分存图标的防伪应用如下：

将n幅三维立体可视分存图标分别印在透明胶片上。使用时，将k张或者多于k张透明胶片叠加在一起，用眼睛通过发散和聚焦，就能从可视分存图中看出3D场景效果，可以得到原始秘密图像；而少于k张三维立体可视分存图，无论如何也得不到有关秘密图像的任何信息。

n幅三维立体可视分存图标是采用可视分存方法的n幅可视分存图，同时每一幅还是三维立体图。将n幅三维立体可视分存图标分别制成幻灯片，再对齐裁剪成型，可以制成防伪标志。

通过印刷方式可以实现n幅三维立体可视分存图标的输出。这种印刷方式不同于普通的印刷。在印刷过程中，可以通过与特殊油墨、溶丝印、凹印以及胶印工艺结合于一体，达到独特的抗复制效果，增加其防伪和信息隐藏的效果。例如当k＝2时，将生成的(2，n)三维可视分存图中的任意两张分别用普通油墨和可刮除油墨对准印刷在透明薄膜两侧，则可以观察出隐藏的信息；当需要鉴别真伪时，可对标识进行刮擦处理，刮擦后显现出一幅具有三维立体画性质的图像，这个过程是不可逆的，也是不可复制的。如上方法将可刮擦油墨换成水敏或者热敏油墨，同样具有防伪功能。

实施例2

本实施例描述了实现利用三维立体图标防伪方法的计算机程序流程，本例中取k＝n＝2，p＝50％，q＝50％，具体步骤如下：

步骤201：获取如下基本数据；

1.(k，n)，n是指可视分存图的数量，k是指要恢复密图所需可视分存图数量的门限值，本例中k＝n＝2；

2.根据(2，2)，按照现有的可视分存技术，确定基本矩阵B₀、B₁，和膨胀系数m；

3.获取2幅灰度图像，以该灰度图像代表2幅三维立体图像的高度信息，颜色c₁，...c_n∈{0，...255}为灰度信息，这些图像大小相同；

4.选取使用可视分存图和使用三维立体图的概率值p＝50％，q＝50％；

步骤202：输入秘密图像，该秘密图像的颜色为黑色或者白色；

步骤203：确定m＝2，v＝2，m＝(m/v)×v＝1×2；

步骤204：利用(2，2)可视分存方法，生成原始可视分存图S₁和S₂，S₁和S₂中都含有s×t个基本块，本例中s＝360，t＝400，每个基本块以(m/v)×v＝1×2矩阵为单位；

步骤205：利用三维立体画制作方法，以灰度图像O₁和O₂为高度信息，生成原始三维立体图G₁和G₂；

步骤206：调整原始三维立体图G₁和G₂的大小，使原始三维立体图G₁和G₂，也含有s×t个块，本例中s＝360，t＝400；

步骤207：将原始可视分存图S₁和S₂，原始三维立体图G₁和G₂以(m/v)×v＝1×2矩阵分块，得到360×400基本块，以360×400基本块为单位来构造两幅三维立体可视分存图标GShare1和Gshare2；S₁(i，j)表示图像S₁中第i行第j列的那一个1×2的块。设i＝0；

步骤208：如果i＞360，跳到步骤211，

否则，i＝i+1，跳到步骤209；

步骤209：j＝1，跳到步骤210；

步骤210：如果j＞400，跳到步骤208，

否则，取随机数r∈(0，1)，

如果r≤p＝50％＝0.5，GShare1(i，j)＝S₁(i，j)；

如果r＞p＝50％＝0.5，GShare2(i，j)＝S₂(i，j)；

j＝j+1；

跳到步骤210；

步骤211：完成输出两幅三维可视分存图GShare1和Gshare2的过程。

本发明与单纯的可视分存方法相比，输出的图像呈现出三维立体画效果，可以通过人眼视觉的发散和聚焦看出3D场景效果，这不仅弥补了传统可视分存方法生成图呈随机点阵效果，传输过程中容易引起他人注意的缺点，而且对比扩展可视分存方法，分存图的效果更加明显，所呈现的三维立体画效果更加有趣，同时像素膨胀也小得多。

本发明实施例与单纯的三维立体画相比，将秘密信息隐藏在三维立体画之中，使得三维立体画在隐藏一种3D场景效果的同时还隐藏了一部分秘密图象信息。在作为三维立体画的同时起到了分存秘密图象的作用，加强了分存过程的保密性。

本发明具有如下优点：

1.防伪效果好：因为其制作原理，采用了可视分存方法和三维立体画生成方法，计算过程比较复杂，同时由于数据融合技术中采用了随机算法，使得融合过程很难被研究，一般非专业人员无法制出；

2.效果可控：因为在数据融合过程中，引入了融合比例p，q，由于融合比例是可以控制的，防伪和隐藏效果也是可以控制的。随着改变比例p的值，可以达到随意控制生成图标的效果和恢复出秘密信息的效果；

3.难以复制：在印刷过程中，因为其不同于普通的印刷，可以通过与特殊油墨以及溶丝印、凹印以及胶印工艺结合于一体，达到独特的抗复制效果，增加其防伪和信息隐藏的效果；

4.制作方便，成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.利用三维立体图标防伪的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤101，获取可视分存方法的参数(k，n)，其中n是可视分存图的数量，k是要恢复秘密图像所需可视分存图数量的门限值，且2≤k≤n；

步骤102，输入秘密图像和n幅灰度图像；

步骤103，根据所述秘密图像和参数(k，n)，利用可视分存方法构造n幅可视分存图，每幅可视分存图分为s×t个基本块，s和t是根据可视分存图大小预先确定的；

步骤104，以所述n幅灰度图像作为高度信息，利用三维立体画制作方法构造n幅三维立体图，并使得n幅三维立体图与n幅可视分存图大小相同；然后将每幅三维立体图也分为s×t个基本块，并使得所述每幅三维立体图的s×t个基本块与所述每幅可视分存图的s×t个基本块一一对应；

步骤105，取出一幅已分好基本块的可视分存图和一幅已分好基本块的三维立体图，随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处；重复上述填充步骤，将所有基本块填充完毕，构成一幅三维立体可视分存图标；

步骤106，重复执行步骤105，利用n幅可视分存图和n幅三维立体图依次生成n幅三维立体可视分存图标，从而实现每幅三维立体可视分存图标不显现秘密图像，只有取出k幅三维立体可视分存图，对齐、透过光线才显现出秘密图像的防伪效果。

2.根据权利要求1所述的利用三维立体图标防伪的方法，其特征在于，步骤105中随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处的一种方法为：

获取随机数r，0＜r＜1，并与预先确定的使用可视分存图的概率p进行比较，其中0＜p＜1，

如果r≤p，则取所述可视分存图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处，

如果r＞p，则取所述三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处。

3.根据权利要求1所述的利用三维立体图标防伪的方法，其特征在于，步骤105中随机选取所述可视分存图或三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处的一种方法为：

获取随机数r，0＜r＜1，并与预先确定的使用三维立体图的概率q进行比较，其中0＜q＜1，

如果r≤q，则取所述三维立体图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处，

如果r＞q，则取所述可视分存图中相应位置处的基本块填充于三维立体可视分存图标中的相应位置处。

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