CN104796686B - 基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统及方法，其中：显示装置通过以某空域排列播出构图基组，若这组构图基未经过空域调制直接进入人眼，将融合成干扰信息/图像；而当这组构图基经过与所述显示装置匹配的辅助观看装置观看时，辅助观看装置滤除干扰信息基并显示所需的真实信息/图像，实现信息安全显示的功能。根据当今显示器分辨率的不断提高与人眼在一定观察距离下只能分辨能力有限的特性，采用显示装置和与之匹配的辅助观看装置，对于要显示的信息进行特定的空域心理视觉调制，取得了对戴辅助观看的用户显示私密信息，而同时裸眼用户只能在屏幕上看到干扰画面的结果，实现了信息安全显示的实际应用。

Description

基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统及方法

技术领域

本发明涉及的是一种信号和图像处理技术领域的系统，具体是一种基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统及方法。

背景技术

随着显示技术的飞速发展，从家庭电视、电脑屏幕到手机、平板屏幕，如今显示装置已经得到普及。信息显示已经融入了人们的日常工作和生活，成为不可分割的一部分。然而，信息显示所带来的隐私问题引起了人们的关注。在一些人流较密集的公共场合，使用手机、平板电脑、笔记本电脑等设备时，由于屏幕较大，极易被旁人看到屏幕上呈现的私密信息。因此，一种信息安全显示的方法极为重要。

现存的信息安全显示方案有为3M公司所提出的WO 2012033583 A1，公开日2012-3-15，“Switchable privacy filter”(可调节隐私过滤器)。该方法通过在屏幕前加装光控制薄膜，控制光的传输，使光只能垂直通过(观看角度为0度)，而随着观看角度的增加，光控制薄膜的透光率下降。即只有垂直于屏幕的用户才能够观看到屏幕上的内容，而随着观看角度变大，屏幕变暗，直到一个特定角度光线被完全阻隔，用户将完全看不到信息。这种方法虽然实现了信息隐藏的功能，但需要在屏幕加装光控制薄膜，成本较高，可视角度较小，且在用户身后的旁观者仍能看到其私密信息。

发明内容

本发明针对现有的信息安全显示可视角度差、无法防止身后用户偷窥且成本较高，提供一种基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统，通过空域调制的方式充分利用了高像素密度显示装置的视觉冗余，实现了信息安全显示的功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统，该系统包括一显示装置和与之匹配且可根据不同用户定制的辅助观看装置。其中：

所述显示装置，用于显示一组特定构图基组X₁和X₂，该构图基组X₁和X₂以特定的空间排列在所述显示装置上的不同区域同时播出；

所述辅助观看装置，位于所述显示装置和人眼之间，用于辅助观看所述显示装置所播放的构图基组X₁和X₂，并通过调节所述显示装置的显示面不同构图基的显示区域与人眼之间的光强传递率,对构图基组X₁和X₂信息进行空域幅度调制，调制后人眼所看到的信息/图像为所需的真实信息/图像。

优选的，所述显示装置显示的构图基组X₁和X₂，通过裸眼看到的图像为所播放的两个构图基的叠加Y₀＝X₁+X₂，为干扰信息/图像。

优选的，所述的辅助观看装置通过对所述显示装置的显示面构图基组X₁和X₂区域到人眼的光线从全阻隔、半透明到全通过，即0至1之间任意调节的加权，实现对构图基组X₁和X₂的幅度调制。更进一步地，对于每一个辅助观看装置的视图，对构图基组的不同构图基有相同或不同的调制权值。

优选的，所述显示装置为一高像素密度(高于200ppi)的显示装置。

优选的，所述辅助观看装置可为光强调节装置，例如两片分别对应左右眼的偏振玻璃，同时对与之匹配的显示装置不同像素或像素块发出的光进行不同方向的偏振。该光强调节装置通过改变与显示装置发出光的偏振方向所成的角度，根据需要的调制权重，在全阻隔到全通过之间任意调节其透光率。

本发明提供一种基于空域心理视觉调制(SPVM)的信息安全显示方法，其中：显示装置通过以某空域排列播出构图基组X₁和X₂，若这组构图基未经过空域调制直接进入人眼，将融合成干扰信息/图像；而当这组构图基经过与所述显示装置匹配的辅助观看装置观看时，辅助观看装置滤除干扰信息基并显示所需的真实信息/图像，实现信息安全显示的功能。

人眼分辨能力有限(在正常观看距离下为200PPI)，当不通过匹配的辅助观看装置直接观看时，若两组构图基X₁和X₂的以空域相互交错地排列，由于显示装置像素密度较高，导致人眼无法分辨出构图基X₁和X₂。故通过裸眼看到的视图Y₀为两个构图基的叠加Y₀＝X₁+X₂。

所述的构图基组X₁和X₂，与之对应地，构图基组经过辅助观看装置不同权重的空域调制后生成的图像Y₁,Y₂,…,Y_N，N是的正整数。而对于裸眼用户，未经调制的空域信号融合成的图像为Y₀。

上述能够让使用辅助观看装置的用户观看到私密信息，同时不使用辅助观看装置的用户观看到欺骗性的干扰视图是SPVM技术的所带来的独特功能。为了实现此项功能，可以通过调整空域调制权重向量W和构图基组X₁和X₂来实现。所述调制权重向量W，其为1行2列，由2个权值组成，其中W₁和W₂分别对应构图基组X₁和X₂。为使用匹配的辅助观看装置的空域调制权重。进一步地，对于最终在人眼合成的图像Y₁，是由构图基组X₁和X₂经过匹配的辅助观看装置空域调制后的在人眼中融合而成。由于对于显示装置，播放的构图基光强不可能为负值，即必须满足X₁和X₂非负。同时由于选用非自发光式辅助观看装置，其透光率非负且无法增强原有光强，即调制系数只能在0和1之间。上述过程具体可表示为：

其中0≤X_j≤255

对于无辅助观看装置的裸眼用户，其视图为所有未调制的构图基组的叠加，即：

其中0≤X≤255

故对于整个系统，为使授权用户通过匹配的辅助观看装置看到其所需的私密信息，而未被授权的旁观者只能通过裸眼观看到欺骗性的干扰图像，需求解如下矩阵非负分解问题：

其中0≤W≤1；0≤X≤255

其中：Y＝(Y₀,Y₁)，分别对应于裸眼和佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W和X分别对应上述调制权重向量和构图基组矩阵。

通过求得上述问题的最优解，根据给定的需求图像Y，求解构图基组X和与之对应的权重向量W，最终使等式

得到充分满足。其中：(Y₀,Y₁)分别对应于裸眼和佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W和X分别对应上述调制权重向量和构图基组矩阵。

对于上述方程的一组解为：

即信息安全显示系统的一种实现方式为：令构图基X₁显示私密信息S，同时让构图基X₂显示I-X₁，其中I为干扰视图。而匹配的辅助观看装置设置为允许构图基X₁所在的区域光线通过，同时阻隔构图基X₂所在的区域光线通过。

由于构图基X₂＝I-X₁需要满足0≤X₂≤255，故先将干扰视图I画面灰度值从原来[0,255]范围映射到[128,255]区间，即I'＝I/2+128，同时将X₁画面映射到[0,127]的灰度值区间，即X'₁＝S/2；使所述显示装置在不同区域同时隔行播放构图基X₁＝S/2与X₂＝I'-X'₁＝I/2+128-S/2。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

相比于现有的3M公司提出的可调节隐私过滤器技术，本发明可定制性高，裸眼显示干扰视图而非空白画面，更具备欺骗性，且能够在信息隐藏显示与正常显示状态之间快速切换。而原有的可调节隐私过滤器技术虽然实现了信息隐藏的功能，但需要在屏幕加装光控制薄膜，成本较高，可视角度较小，且在用户身后的旁观者仍能看到其私密信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所述的信息安全显示系统包括一个高分辨率的空域调制显示装置和与之匹配的辅助观看装置，其中：

所述显示装置，用于显示一组构图基X₁和X₂，该构图基X₁和X₂以的空间排列在所述显示装置上的不同区域同时播出；

所述辅助观看装置，用于辅助观看所述显示装置所播放的构图组X₁和X₂，并对构图组X₁和X₂信息进行空域幅度调制，调制后的信息为用户所需的图像。

采用本发明上述系统，对于无匹配观看装置的观看的旁观者，由于人眼分辨能力有限，通过裸眼看到的视图为屏幕所播放的两个构图基的叠加Y₀＝X₁+X_2，为干扰视图。

采用本发明上述系统，所述的辅助观看装置位于高分辨率显示装置和人眼之间，通过调节显示面不同构图基的显示区域与人眼之间的光强传递率实现对显示装置不同构图基的空域幅度调制。

作为一个优选方式，所述的辅助观看装置通过对显示面构图基X₁和X₂区域到人眼的光线从全阻隔、半透明到全通过，即0至1之间任意调节的加权，实现对构图基X₁和X₂的幅度调制。更进一步地，对于每一个辅助观看装置视图，对构图基组的不同构图基可以有不同的调制权值。

显示装置通过以某空域排列播出构图基组X₁和X₂。若这组构图基未经过空域调制直接进入人眼，将融合成干扰信息/图像；而当经过匹配的辅助观看装置观看时，才能滤除干扰构图基并看到有意义的信息/图像，实现信息安全显示的功能。

人眼分辨能力有限(在正常观看距离下为200PPI)，当不通过匹配的辅助观看装置直接观看时，若两组构图基X₁和X₂的以空域相互交错地排列，由于高分辨率显示器像素密度较高，导致人眼无法分辨出构图基X₁和X₂。故通过裸眼看到的视图Y₀为两个构图基的叠加Y₀＝X₁+X₂。

所述的构图基组X₁和X₂，与之对应地，构图基组经过辅助观看装置不同权重的空域调制后生成的图像Y₁,Y₂,…,Y_N，N是的正整数。而对于裸眼用户，未经调制的空域信号融合成的图像为Y₀。

通过调整空域调制权重向量W和构图基组X₁和X₂来实现信息安全功能。所述调制权重向量W，其为1行2列，由2个权值组成，其中W₁和W₂分别对应构图基组X₁和X₂。为使用匹配的辅助观看装置的空域调制权重。

对于最终在人眼合成的图像Y₁，是由构图基组X₁和X₂经过匹配的辅助观看装置空域调制后的在人眼中融合而成。由于对于显示装置，播放的构图基光强不可能为负值，即必须满足构图基矩阵X非负。同时由于选用非自发光式辅助观看装置，其透光率非负且无法增强原有光强，即调制系数只能在0和1之间。上述过程具体可表示为：

其中0≤W_j≤1；0≤X_j≤255

其中：Y₁为佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W_j和X_j分别对应上述调制权重向量和两组构图基。其中W_j代表对应于第j个构图基X_j的调制权重矩阵，当

对于无辅助观看装置的裸眼用户，其视图为所有未调制的构图基组的叠加，即：

其中0≤X≤255

其中：Y₀对应于裸眼用户所看到的目标图像，而X_j对应构图基组矩阵。

为使授权用户通过匹配的辅助观看装置看到其所需的私密信息，而未被授权的旁观者只能通过裸眼观看到欺骗性的干扰图像，需求解如下矩阵非负分解问题：

其中0≤W≤1；0≤X≤255

其中：Y＝(Y₀,Y₁)，分别对应于裸眼和佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W和X分别对应上述调制权重向量和构图基组矩阵。

通过求得上述问题的最优解，根据给定的需求图像Y，求解构图基组X和与之对应的权重向量W，最终使等式

得到充分满足。其中：(Y₀,Y₁)分别对应于裸眼和佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W和X分别对应上述调制权重向量和构图基组矩阵。

作为一个优选方式，信息安全显示系统的一种实现方式为：令构图基X₁显示私密信息S，同时让构图基X₂显示I-X₁，其中I为干扰视图或一恒定值。

匹配的辅助观看装置设置为允许构图基X₁所在的区域光线通过，同时阻隔构图基X₂所在的区域光线通过。

先将干扰视图I画面灰度值从原来[0,255]范围映射到[128,255]区间，即I'＝I/2+128，同时将X₁画面映射到[0,127]的灰度值区间，即X'₁＝S/2。使高分辨率显示器在不同区域同时隔行播放构图基X₁＝S/2与X₂＝I'-X'₁＝I/2+128-S/2。裸眼用户可以直接观看到Y₀＝X₁+X₂＝I'的干扰视图，而授权用户则佩戴左右眼镜片偏振方向均与显示构图基X₁区域偏振光方向相同的眼镜，即使调制权重W₁＝1，同时W₂＝0。则戴所述匹配眼镜的用户可以看到Y₁＝X₁＝S/2的隐私信息。实现信息安全显示的功能。

应用实施例：本发明在偏振式3D显示器上的实现

在本实施例中，所述的辅助观看装置采用眼镜的形式(由3D眼镜左右眼镜片构成)，该眼镜位于显示装置和人的眼睛之间。

在本实施例中，所述显示装置采用被动偏振式3D显示器。

通过空域心理视觉调制的信息安全显示技术，可以实现对佩戴辅助观看眼镜的用户显示私密信息，对未被授权的裸眼旁观者显示干扰视图的系统实例。

主流的被动偏振式3D显示器采用隔行偏振的技术，在屏幕像素的奇数行和偶数行发出的光经过正交偏振。而与之匹配的3D眼镜左右眼镜片分别对应屏幕的基数与偶数行，分别过滤出隔行播放的左右眼视图，从而呈现给观众立体视图。根据上述信息安全显示技术，以及偏振式3D显示器原理，可以将上述方程

中调制权重向量W设置为：

对于上述方程的一组解为：

即令所述的高分辨率偏振式3D显示装置隔行分别显示私密信息X₁＝S与X₂＝I-X₁，其中I为所需要的干扰视图或一恒定值。而匹配的辅助观看眼镜两镜片的偏振方向均设置为允许私密信息X₁所在行的偏振光通过，同时阻隔构图基X₂所在的区域的偏振光通过。由于实际显示中，构图基X₁与X₂必须在0～255范围内，为避免出现X₂＝I-X₁<0的情况，在实际实现中先将干扰视图I画面灰度值从原来[0,255]范围映射到[128,255]区间，即I'＝I/2+128，同时将X₁画面映射到[0,127]的灰度值区间，即X'₁＝S/2。实验表明，映射前后图像的画面质量变化不大。通过上述方法，在显示装置上隔行播放构图基X₁＝S/2与X₂＝I'-X'₁＝I/2+128-S/2。

在上述信息安全显示系统中，裸眼用户可以直接观看到Y₀＝X₁+X₂＝I'的干扰视图，而授权用户则佩戴左右眼镜片偏振方向均与显示构图基X₁区域偏振光方向相同的眼镜，即使调制权重W₁＝1，同时W₂＝0。则戴匹配眼镜的用户可以看到Y₁＝X₁＝S/2的隐私信息。最终实现信息安全显示。

本发明根据当今显示器分辨率的不断提高与人眼在一定观察距离下只能分辨能力有限的特性，采用了一个高分辨率的空域调制显示装置和与之匹配的辅助观看装置，对于要显示的信息进行特定的空域心理视觉调制，取得了对戴辅助观看的用户显示私密信息，而同时裸眼用户只能在屏幕上看到干扰画面的结果，实现了信息安全显示的实际应用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种基于空域心理视觉调制的信息安全显示方法，其特征在于：

显示装置通过以某空域排列播出构图基组X₁和X₂，若这组构图基未经过空域调制直接进入人眼，将融合成干扰信息；

而当这组构图基经过与所述显示装置匹配的辅助观看装置观看时，辅助观看装置滤除干扰信息基并显示所需的真实信息，实现信息安全显示的功能；

所述显示装置显示的构图基组X₁和X₂，与之对应地，构图基组X₁和X₂经过辅助观看装置不同权重的空域调制后生成的真实信息Y₁；而对于裸眼用户，未经调制的空域信号融合成的干扰信息为Y₀，Y₀＝X₁+X₂；

通过调整空域调制权重向量W和构图基组X₁和X₂来实现信息安全功能，所述调制权重向量W，其为1行2列，由2个权值组成，其中W₁和W₂分别对应构图基组X₁和X₂，为使用匹配的辅助观看装置的空域调制权重；

对于最终在人眼合成的真实信息Y₁，是由构图基组X₁和X₂经过匹配的辅助观看装置空域调制后的在人眼中融合而成，由于显示装置播放的构图基光强不可能为负值，即必须满足X₁和X₂非负，同时由于选用非自发光式辅助观看装置，其透光率非负且无法增强原有光强，即调制系数只能在0和1之间；

为使用户通过匹配的辅助观看装置看到其所需的真实信息，而旁观者只能通过裸眼观看到欺骗性的干扰信息，需求解如下矩阵非负分解问题：

其中：Y＝(Y₀,Y₁)，分别对应于裸眼和佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W和X分别对应上述调制权重向量和构图基组矩阵；

通过求得上述问题的最优解，根据给定的需求图像Y，求解构图基组X和与之对应的权重向量W，最终使等式

$(Y_0,Y_1)=(X_1,X_2)\left(\begin{array}{cc}1& W_1\\ 1& W_2\end{array}\right)$

得到充分满足，其中：(Y₀,Y₁)分别对应于裸眼和佩戴辅助观看装置用户所看到的目标图像，而W和X分别对应上述调制权重向量和构图基组矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，匹配的辅助观看装置设置为允许构图基X₁所在的区域光线通过，同时阻隔构图基X₂所在的区域光线通过。

3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，信息安全显示的一种实现方式为：令构图基X₁显示私密信息S，同时让构图基X₂显示I-X₁，其中I为干扰视图。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，先将干扰视图I画面灰度值从原来[0,255]范围映射到[128,255]区间，即I'＝I/2+128，同时将X₁画面映射到[0,127]的灰度值区间，即X'₁＝S/2；使所述显示装置在不同区域同时隔行播放构图基X₁＝S/2与X₂＝I'-X'₁＝I/2+128-S/2。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，裸眼用户直接观看到Y₀＝X₁+X₂＝I'的干扰信息，戴所述辅助观看装置的用户看到Y₁＝X₁＝S/2的隐私信息，所述辅助观看装置的左右眼镜片偏振方向均与显示构图基X₁区域偏振光方向相同，即使调制权重W₁＝1，同时W₂＝0，实现信息安全显示的功能。

6.一种采用权利要求1-5任一项方法实现的基于空域心理视觉调制的信息安全显示系统，其特征在于，包括一显示装置和与之匹配的辅助观看装置，其中：

所述显示装置，用于显示一组特定构图基组X₁和X₂，该构图基组X₁和X₂以特定的空间排列在所述显示装置上的不同区域同时播出；所述显示装置为一像素密度高于200ppi的显示装置；所述显示装置显示的构图基组X₁和X₂，通过裸眼看到的图像为所播放的两个构图基的叠加Y₀＝X₁+X₂，为干扰信息；

所述辅助观看装置，位于所述显示装置和人眼之间，用于辅助观看所述显示装置所播放的构图基组X₁和X₂，并通过调节所述显示装置的显示面不同构图基的显示区域与人眼之间的光强传递率,对构图基组X₁和X₂信息进行空域幅度调制，调制后人眼所看到的信息为所需的真实信息；

所述的辅助观看装置通过对所述显示装置的显示面构图基组X₁和X₂区域到人眼的光线从全阻隔、半透明到全通过，即0至1之间任意调节的加权，实现对构图基组X₁和X₂的幅度调制；

对于每一个辅助观看装置的视图，对构图基组的不同构图基有相同或不同的调制权值。