CN106156738A - 一种带加密qr二维码的汽车车牌密文图像的读取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带加密QR二维码的汽车车牌密文图像的读取方法，其特征是汽车车牌正面包含加密QR二维码密文图像和车牌牌号文字；并先对车牌牌号信息字符串进行加密，然后生成密文图像，最后读取密文图像。本发明的汽车车牌不仅可以实现智能交通系统快速、准确识别汽车车牌，提高了识别的准确率和时间效率，减少人工识别的耗费；而且采用加密QR二维码起到很强的防伪功能，减少幽灵车牌的不良影响；除此之外，本发明为智能交通管理提供了车牌QR二维码信息接口，为研发相关便携设备，实现交警执法智能化、统一化、轻便化提供了可能，应用前景广阔。

Description

一种带加密QR二维码的汽车车牌密文图像的读取方法

本申请是申请日为：2015年01月16日；申请号为：2015100233951；名称为：一种带加密QR二维码的汽车车牌的分案申请。

技术领域

本发明涉及数据加密领域，具体地说是一种带加密QR二维码的汽车车牌。

背景技术

在现代社会，二维码是所有信息数据的一把钥匙，应用十分广泛，如产品防伪、溯源，网站链接、数据下载、电子商务应用、车辆管理、信息传递等。而随着智能手机的普及，各种类似智能手机扫一扫功能的应用，使得二维码使用更加普遍。因此制作易于图像识别的带加密QR二维码的汽车车牌具有可行性。

现阶段机动车的数量逐年增多，道路交通成为人们日益关注的问题。为解决道路交通问题，智能交通系统作为一种准确高效的新型运输系统应运而生。车牌识别技术是智能交通系统的基础部分。一方面，由于现在广泛使用的汽车车牌包含的信息单一，尤其是在雨、雾、雪天、夜间或车牌污损的情况下，现有车牌识别技术识别准确率不够，往往还是通过人工识别完成，使得整个智能交通系统出现信息处理瓶颈，加重了交通管理部门的工作压力，耗时费力，效率低。另一方面，由于现有的汽车牌照制造简单、技术含量低，没有针对性的防伪功能，也因此许多不法分子非常容易伪造幽灵汽车牌照，从而产生严重的治安问题。由此可见，上述现有的汽车牌照仍有诸多缺陷，亟待改进。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种带加密QR二维码的汽车车牌密文图像的读取方法，以期能实现智能交通系统快速、准确地识别汽车车牌，并提高汽车车牌防伪功能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

本发明一种带加密QR二维码的汽车车牌密文图像的读取方法，所述汽车车牌包含车牌牌号信息字符串s；其特点是：在所述汽车车牌中嵌入有加密QR二维码的密文图像；并按如下步骤进行：

步骤1、初始化

步骤1.1、利用QR二维码的编码规则对所述车牌牌号信息字符串s进行编码，获得加密初始QR码0-1行向量A₁＝[a₁,a₂,…,a_h,…,a_N]；a_h表示第h个元素；N表示所述加密初始QR码0-1行向量A₁中元素的总数；

步骤1.2、利用式(1)获得加密修正QR码0-1行向量A₂：

A₂＝randperm(A₁) (1)

式(1)中，randperm(A₁)表示将所述加密初始QR码0-1行向量A₁中的元素随机排列；

步骤1.3、利用式(2)获得S Wolffram可逆元胞自动机的第k个演化规则r_k：

r_k＝rand(m,n) (2)

式(2)中，m、n表示正整数，并有1≤m≤n≤256；rand()表示随机函数；

步骤1.4、重复执行步骤1.3，从而获得K个演化规则构成的加密演化规则序列R_en＝{r₁,r₂,…,r_k,…,r_K}；1≤k≤K；

步骤1.5、利用式(3)获得所述S Wolffram可逆元胞自动机的第k个演化规则r_k的演化次数N_k：

N_k＝rand(1,N^*) (3)

式(3)中，N^*表示一个正整数；

步骤1.6、重复执行步骤1.5，从而获得K个演化次数构成的加密演化次数序列I_en＝{N₁,N₂,…,N_k,…,N_K}；

步骤2、加密所述车牌牌号信息字符串

步骤2.1、定义循环变量x、第x次加密元胞状态值A_x和第x+1次加密元胞状态值A_x+1；1≤x≤K；并初始化x＝1；则第x次加密元胞状态值A_x即为所述加密初始QR码0-1行向量A₁；第x+1次加密元胞状态值A_x+1即为所述加密修正QR码0-1行向量A₂；

步骤2.2、将所述第x次加密元胞状态值A_x和第x+1次加密元胞状态值A_x+1作为所述S Wolffram可逆元胞自动机的第x次加密初始状态值；

步骤2.3、从所述加密演化规则序列R_en中选取第x个演化规则r_x对所述第x次加密初始状态值进行N_x次演化，获得第x+2次加密元胞状态值A_x+2；

步骤2.4、判断x+1是否超出阈值K；若是，则退出执行，从而获得可逆元胞自动机的第K+1次加密元胞状态值A_K+1和第K+2次加密元胞状态值A_K+2；否则，将x+1的值赋给x；并返回步骤2.2执行；

步骤2.5、将所述第K+1次加密元胞状态值A_K+1和第K+2次加密元胞状态值A_K+2构成加密QR码0-1行向量D＝[A_K+2,A_K+1]；

步骤3、生成密文图像

步骤3.1、利用QR二维码的解码规则对所述加密QR码0-1行向量D进行解码，获得车牌牌号信息密文字符串s'；

步骤3.2、利用QR二维码图像生成器，将所述车牌牌号信息密文字符串s'生成所述加密QR二维码的密文图像。

步骤4、读取所述密文图像：

步骤4.1、识别所述加密QR二维码的密文图像

步骤4.1.1、扫描所述加密QR二维码的密文图像，获得所述车牌牌号信息密文字符串s'；

步骤4.1.2、利用所述QR二维码的编码规则对所述车牌牌号信息密文字符串s'进行编码，获得解密QR码0-1行向量D'＝[d₁,d₂,…,d_w,…,d_W]；d_w表示第w个元素；W表示所述解密QR码0-1行向量D'中元素的总数；

步骤4.1.3、根据所述解密QR码0-1行向量D'＝[d₁,d₂,…,d_w,…,d_W]，获得所述SWolffram可逆元胞自动机的第1次解密元胞状态值第2次元解密胞状态值

步骤4.2、初始化

利用旋转函数对所述加密演化规则序列R_en＝{r₁,r₂,…,r_K}和加密演化次数序列I_en＝{N₁,N₂,…,N_K}分别进行处理，获得解密演化规则序列R_de＝{r_K,r_K-1,…,r₁}和解密演化次数序列I_de＝{N_K,N_K-1,…,N₁}；

步骤4.3、解密所述车牌牌号信息密文字符串s'

步骤4.3.1、定义循环变量y；第y次解密元胞状态值B_y和第y+1次解密元胞状态值B_y+1；1≤y≤K；并初始化y＝1；

步骤4.3.2、将所述第y次解密元胞状态值B_y和第y+1次解密元胞状态值B_y+1作为所述S Wolffram可逆元胞自动机的第y次解密初始状态值；

步骤4.3.3、从所述解密演化规则序列R_de中选取第y个演化规则r_K+1-y对所述第y次初始状态值进行N_K+1-y次演化，获得第y+2次解密元胞状态值B_y+2；

步骤4.3.4、判断y+1是否超出阈值K；若是，则退出执行，从而获得可逆元胞自动机的第K+2次解密元胞状态值B_K+2；否则，将值y+1赋给y，并返回步骤3.2执行；

步骤4.3.5、利用所述QR二维码的解码规则对所述可逆元胞自动机的第K+2次解密元胞状态值B_K+2进行解码，从而获得所述车牌牌号信息字符串s。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明采用QR二维码密文图像记录汽车车牌信息，使其在智能交通系统中可以通过定位并扫描QR二维码密文图像，快速获取汽车车牌信息，克服现有车牌识别准确率低以及现有车牌图像识别智能交通系统效率低的问题；从而有效提高车牌识别准确率以及智能交通系统的效率。

2、本发明所采用的QR二维码具有快速、便捷读取的特点，可以快速进行车牌识别，降低对后台硬件和处理程序的高要求，减少智能交通系统对高容量硬件的依赖，从而提高车牌识别的效率，减少人工识别的耗费。

3、本发明所采用的QR二维码具有容错能力强的特点，具有一定的纠错功能，译码可靠性高，使得在夜间或者车牌污损的情况下仍可进行准确地车牌识别，提高了车牌识别的准确率，减少人工成本；

4、本发明采用嵌入QR二维码来实现防伪车牌的制作，具有成本低，易制作，持久耐用，条码符号形状、尺寸大小比例可变的特点，从而可以降低车牌制作成本，实现经济效益。

5、本发明采用加密QR二维码，起到有效的防伪功能，克服了现有车牌制作简单，易于伪造的缺点；保证了汽车车牌的有效管理。

6、本发明基于S Wolffram可逆元胞自动机方法加解密，该加密方法随机分布性好，密钥空间大，可有效抵抗穷举攻击和对密钥的攻击，安全性高，增加了伪造的难度，起到了很好的保密性；另外该加解密方法具有高效性，可以快速加解密，实现快速车牌识别。

7、本发明提供的带QR二维码的防伪汽车车牌，其防伪性体现在，第一：虚假车牌上QR二维码无法通过解密程序解密，从而可以判断车牌伪造；第二：解密后的信息与数据库中信息不一致，从而可以判断车牌伪造；第三：QR二维码明文图像加密转换成密文图像，同时采用加密规则序列和加密演化序列双密钥，增大了密钥空间，具有多样、不唯一，因此具有较强的保密和防伪功能，并有效减少幽灵车牌的不良影响。

8、本发明为智能交通管理提供了车牌QR二维码信息接口，为研发相关便携设备，实现交警执法智能化、统一化、轻便化提供了可能，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明带加密QR二维码的汽车车牌正面示例图；

图2为本发明基于S Wolffram可逆元胞自动机QR二维码加密原理图；

图3为本发明基于S Wolffram可逆元胞自动机QR二维码解密原理图。

具体实施方式

本实施例中，一种带加密QR二维码的汽车车牌，是指在包含车牌牌号信息字符串s的汽车车牌中嵌入有加密QR二维码的密文图像。如图1所示，本实施例中，一种带加密QR二维码的汽车车牌包括加密QR二维码的密文图像以及车牌牌号信息字符串“皖A88888”；车牌牌号信息字符串“皖A88888”从左向右依次为:代表省份的汉字省份简称“皖”，代表省属地级市大写英文字母编号“A”，以及五位车辆登记序号“88888”。

具体实施中，如图2所示，加密QR二维码的密文图像是按如下步骤生成：

步骤1、初始化

步骤1.1、利用QR二维码的编码规则对车牌牌号信息字符串s进行编码，获得加密初始QR码0-1行向量A₁＝[a₁,a₂,…,a_h,…,a_N]；a_h表示第h个元素；N表示加密初始QR码0-1行向量A₁中元素的总数；本实施例中所采用的QR二维码的编码规则可统一参考《ISO/IEC18004-2006信息技术.自动识别和数据捕获技术.QR代码2005条形码符号表示法规范》；本发明中采用QR二维码的编码规则中的Model2模式、版本7、Level H的混合字符模式QR码编码方式；Level H具有最高等级的修正容量，从而可以提高车牌二维码污损情况下的读取能力；

具体实施过程中，车牌牌号信息字符串s不仅可以包含“皖A88888”等车牌牌号信息，还可以包含多个身份特征字符串，例如：颁证日期字符串、颁证机构字符串、车辆号牌类型字符串、车主身份信息等字符串，从而形成具有更高防伪性的车牌加密字符串；对该车牌加密字符串再进行步骤1.1的编码，可以有效提高防伪性能。为了方便编码，针对车牌加密字符串中的汉字信息也可以进行用数字编号或字母表示。

步骤1.2、利用式(1)获得加密修正QR码0-1行向量A₂：

A₂＝randperm(A₁) (1)

式(1)中，randperm(A₁)表示将加密初始QR码0-1行向量A₁中的元素随机排列；

步骤1.3、利用式(2)获得S Wolffram可逆元胞自动机的第k个演化规则r_k：

r_k＝rand(m,n) (2)

式(2)中，m、n表示正整数，并有1≤m≤n≤256；rand()表示随机函数；rand(m,n)表示从整数区间[m,n]中随机选择一个整数；本实施例中所用S Wolffram可逆元胞自动机可参考《CellularAutomata Modeling ofPhysical》；

步骤1.4、重复执行步骤1.3，从而获得K个演化规则构成的加密演化规则序列R_en＝{r₁,r₂,…,r_k,…,r_K}；1≤k≤K；由于加密时间、解密时间和安全性的共同限制，对于本实施例中的版本7的QR二维码编码方式，所选加密规则序列中规则个数应K大于等于10小于等于20；

步骤1.5、利用式(3)获得S Wolffram可逆元胞自动机的第k个演化规则r_k的演化次数N_k：

N_k＝rand(1,N^*) (3)

式(3)中，N^*表示一个正整数；由于加解密速度的限制，加密演化序列中每个规则演化次数应满足大于等于1小于等于50。因此，在本实施例中，选择r_k＝rand(m,n)在闭区间[1,50]生成随机整数；

步骤1.6、重复执行步骤1.5，从而获得K个演化次数构成的加密演化次数序列I_en＝{N₁,N₂,…,N_k,…,N_K}；

步骤2、加密车牌牌号信息字符串

步骤2.1、定义循环变量x、第x次加密元胞状态值A_x和第x+1次加密元胞状态值A_x+1；1≤x≤K；并初始化x＝1；则第x次加密元胞状态值A_x即为加密初始QR码0-1行向量A₁；第x+1次加密元胞状态值A_x+1即为加密修正QR码0-1行向量A₂；

步骤2.2、将所述第x次加密元胞状态值A_x和第x+1次加密元胞状态值A_x+1作为SWolffram可逆元胞自动机的第x次加密初始状态值；在S Wolffram可逆元胞自动机中，第x次加密元胞状态值A_x作为前一时刻的状态值，第x+1次加密元胞状态值A_x+1作为当前时刻的状态值；并同时输入到在S Wolffram可逆元胞自动机中，从而获得下一时刻的状态值；

步骤2.3、从加密演化规则序列R_en中选取第x个演化规则r_x对第x次加密初始状态值进行加密演化次数序列I_en中N_x次演化，获得第x+2次加密元胞状态值A_x+2；

步骤2.4、判断x+1是否超出阈值K；若是，则退出执行，从而获得可逆元胞自动机的第K+1次元胞状态值A_K+1和第K+2次元胞状态值A_K+2；否则，将x+1的值赋给x；并返回步骤2.2执行；

步骤2.5、将第K+1次元胞状态值A_K+1和第K+2次元胞状态值A_K+2构成加密QR码0-1行向量D＝[A_K+2,A_K+1]；此处的合并顺序不得颠倒；

步骤3、生成密文图像

步骤3.1利用QR二维码的解码规则将加密QR码0-1行向量D进行解码，获得车牌牌号信息密文字符串s'；本实施例中所采用的QR二维码的解码规则可统一参考《ISO/IEC18004-2006信息技术.自动识别和数据捕获技术.QR代码2005条形码符号表示法规范》；解码过程是编码过程的逆过程；

步骤3.2利用QR二维码图像生成器，将车牌牌号信息密文字符串s'生成加密QR二维码的密文图像；本实施例中可采用例如“二维码生成大师软件”等QR二维码图像生成器；

汽车车牌QR二维码解密过程即为加密过程的逆过程，如图3所示，加密QR二维码的密文图像是按如下步骤读取：

步骤1、识别加密QR二维码的密文图像

步骤1.1、利用二维码图像扫描器扫描汽车车牌QR二维码密文图像，获得车牌牌号信息密文字符串s'；本实施例中可采用例如“我查查”等软件的智能手机作为QR二维码图像扫描器或其他具有二维码识别功能的电子设备；

步骤1.2、利用QR二维码的编码规则对车牌牌号信息密文字符串s'进行编码，获得解密QR码0-1行向量D'＝[d₁,d₂,…,d_w,…,d_W]；d_w表示第w个元素；W表示加密行向量D'中元素的总数；

步骤1.3、根据解密QR码0-1行向量D'＝[d₁,d₂,…,d_w,…,d_W]，获得SWolffram可逆元胞自动机的第1次解密元胞状态值第2次元解密胞状态值

步骤2、初始化

利用旋转函数rot()对加密演化规则序列R_en＝{r₁,r₂,…,r_K}和加密演化次数序列I_en＝{N₁,N₂,…,N_K}分别进行处理，获得解密演化规则序列R_de＝{r_K,r_K-1,…,r₁}和解密演化次数序列I_de＝{N_K,N_K-1,…,N₁}；本实施例中的旋转函数rot()定义为{r_K,r_K-1,…,r₁}＝rot({r₁,r₂,…,r_K})；实现对函数体内的参数180°的反转；

步骤3、解密车牌牌号信息密文字符串s'

步骤3.1、定义循环变量y；第y次元胞状态值B_y和第y+1次元胞状态值B_y+1；1≤y≤K；并初始化y＝1；此处B_y和B_y+1顺序不得颠倒，保证每次输入的两组数据前后顺序必须遵守S Wolffram可逆元胞自动机的规则；

步骤3.2、将第y次解密元胞状态值B_y和第y+1次解密元胞状态值B_y+1作为SWolffram可逆元胞自动机的第y次解密初始状态值；

步骤3.3、从解密演化规则序列R_de中选取第y个演化规则r_K+1-y对第y次初始状态值进行解密演化次数序列I_de中N_K+1-y次演化，获得第y+2次解密元胞状态值B_y+2；

步骤3.4、判断y+1是否超出阈值K；若是，则退出执行，从而获得解密过程中的可逆元胞自动机的第K+2次解密元胞状态值B_K+2；否则，将值y+1赋给y，并返回步骤3.2执行；

步骤3.5、利用QR二维码的编码规则对解密过程中的可逆元胞自动机的第K+2次解密元胞状态值B_K+2进行解码，从而获得车牌牌号信息字符串s。

Claims (1)

1.一种带加密QR二维码的汽车车牌密文图像的读取方法，所述汽车车牌包含车牌牌号信息字符串s；其特征是：在所述汽车车牌中嵌入有加密QR二维码的密文图像，并按如下步骤进行；

步骤1、初始化

步骤1.1、利用QR二维码的编码规则对所述车牌牌号信息字符串s进行编码，获得加密初始QR码0-1行向量A₁＝[a₁,a₂,…,a_h,…,a_N]；a_h表示第h个元素；N表示所述加密初始QR码0-1行向量A₁中元素的总数；

步骤1.2、利用式(1)获得加密修正QR码0-1行向量A₂：

A₂＝randperm(A₁) (1)

式(1)中，randperm(A₁)表示将所述加密初始QR码0-1行向量A₁中的元素随机排列；

步骤1.3、利用式(2)获得S Wolffram可逆元胞自动机的第k个演化规则r_k：

r_k＝rand(m,n) (2)

式(2)中，m、n表示正整数，并有1≤m≤n≤256；rand()表示随机函数；

步骤1.4、重复执行步骤1.3，从而获得K个演化规则构成的加密演化规则序列R_en＝{r₁,r₂,…,r_k,…,r_K}；1≤k≤K；

步骤1.5、利用式(3)获得所述S Wolffram可逆元胞自动机的第k个演化规则r_k的演化次数N_k：

N_k＝rand(1,N^*) (3)

式(3)中，N^*表示一个正整数；

步骤1.6、重复执行步骤1.5，从而获得K个演化次数构成的加密演化次数序列I_en＝{N₁,N₂,…,N_k,…,N_K}；

步骤2、加密所述车牌牌号信息字符串

步骤2.1、定义循环变量x、第x次加密元胞状态值A_x和第x+1次加密元胞状态值A_x+1；1≤x≤K；并初始化x＝1；则第x次加密元胞状态值A_x即为所述加密初始QR码0-1行向量A₁；第x+1次加密元胞状态值A_x+1即为所述加密修正QR码0-1行向量A₂；

步骤2.2、将所述第x次加密元胞状态值A_x和第x+1次加密元胞状态值A_x+1作为所述SWolffram可逆元胞自动机的第x次加密初始状态值；

步骤2.3、从所述加密演化规则序列R_en中选取第x个演化规则r_x对所述第x次加密初始状态值进行N_x次演化，获得第x+2次加密元胞状态值A_x+2；

步骤2.4、判断x+1是否超出阈值K；若是，则退出执行，从而获得可逆元胞自动机的第K+1次加密元胞状态值A_K+1和第K+2次加密元胞状态值A_K+2；否则，将x+1的值赋给x；并返回步骤2.2执行；

步骤2.5、将所述第K+1次加密元胞状态值A_K+1和第K+2次加密元胞状态值A_K+2构成加密QR码0-1行向量D＝[A_K+2,A_K+1]；

步骤3、生成密文图像

步骤3.1、利用QR二维码的解码规则对所述加密QR码0-1行向量D进行解码，获得车牌牌号信息密文字符串s'；

步骤3.2、利用QR二维码图像生成器，将所述车牌牌号信息密文字符串s'生成所述加密QR二维码的密文图像；

步骤4、读取所述密文图像：

步骤4.1、识别所述加密QR二维码的密文图像

步骤4.1.1、扫描所述加密QR二维码的密文图像，获得所述车牌牌号信息密文字符串s'；

步骤4.1.2、利用所述QR二维码的编码规则对所述车牌牌号信息密文字符串s'进行编码，获得解密QR码0-1行向量D'＝[d₁,d₂,…,d_w,…,d_W]；d_w表示第w个元素；W表示所述解密QR码0-1行向量D'中元素的总数；

步骤4.1.3、根据所述解密QR码0-1行向量D'＝[d₁,d₂,…,d_w,…,d_W]，获得所述SWolffram可逆元胞自动机的第1次解密元胞状态值第2次元解密胞状态值

步骤4.2、初始化

利用旋转函数对所述加密演化规则序列R_en＝{r₁,r₂,…,r_K}和加密演化次数序列I_en＝{N₁,N₂,…,N_K}分别进行处理，获得解密演化规则序列R_de＝{r_K,r_K-1,…,r₁}和解密演化次数序列I_de＝{N_K,N_K-1,…,N₁}；

步骤4.3、解密所述车牌牌号信息密文字符串s'

步骤4.3.1、定义循环变量y；第y次解密元胞状态值B_y和第y+1次解密元胞状态值B_y+1；1≤y≤K；并初始化y＝1；

步骤4.3.2、将所述第y次解密元胞状态值B_y和第y+1次解密元胞状态值B_y+1作为所述SWolffram可逆元胞自动机的第y次解密初始状态值；

步骤4.3.3、从所述解密演化规则序列R_de中选取第y个演化规则r_K+1-y对所述第y次初始状态值进行N_K+1-y次演化，获得第y+2次解密元胞状态值B_y+2；

步骤4.3.4、判断y+1是否超出阈值K；若是，则退出执行，从而获得可逆元胞自动机的第K+2次解密元胞状态值B_K+2；否则，将值y+1赋给y，并返回步骤3.2执行；

步骤4.3.5、利用所述QR二维码的解码规则对所述可逆元胞自动机的第K+2次解密元胞状态值B_K+2进行解码，从而获得所述车牌牌号信息字符串s。