CN110086954A - 一种基于数字水印的航线加密方法和执行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字水印的航线加密方法和执行方法，具体包括以下步骤：在航线中设置数据锚点，并采集每个数据锚点处标志物图像，将标志物图像和数据锚点建立映射关系；将数据锚点作为数字水印信息嵌入标志物图像中形成加密图像；将加密图像打包发送。与现有技术相比，本发明将航线作为数字水印嵌入了图像中，使得航线的数据伪装为图片的形式进行发送，具有良好的隐蔽性；不法分子即使截取了信息也只能得到加密图像，无法篡改和获取真实路线，保证了航线传输的安全性和保密性。

Description

一种基于数字水印的航线加密方法和执行方法

技术领域

本发明涉及一种航线传输领域，尤其是涉及一种基于数字水印的航线加密方法和执行方法。

背景技术

随着信息技术高速发展，数字化技术已经涉及至大部分领域，然而数字信息在传播中容易被篡改、复制和散布，因此对数字化作品进行版权申明是目前的一个重要问题。因此，数字水印技术应运而生，数字水印技术将具有确定性和保密性的信息直接嵌入到原始数据并作为原始数据的一部分而保留在其中，即使在解密之后仍可以跟踪数据的复制和传输，对媒体数据进行有效的保护。

现阶段有关无人驾驶汽车的研究日益深入，因此，对无人驾驶汽车的管控也越来越重要。在今后的生活中，无人驾驶的低速工作车也将渐渐取代路面工作人员，比如路面清洁工作者，洒水工作者等。低速工作车往往会按照预设的路线进行行驶工作，然而当低速车在行驶过程中接收工作人员的新指令时，航线数据极有可能被篡改，经过篡改的航线发送到工作车辆时，极有可能带来各种危险的后果。同时，无人车也容易被外部非法用户传来的航线数据影响，导致偏离预定航线，影响无人驾驶的安全性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于数字水印的航线加密方法和执行方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于数字水印的航线加密方法，具体包括以下步骤：

S1、在航线中设置数据锚点，并采集每个数据锚点处标志物图像，将标志物图像和数据锚点建立映射关系；

S2、将数据锚点作为数字水印信息嵌入标志物图像中形成加密图像；

S3、将加密图像打包发送。

进一步地，所述的步骤S2具体包括：

S21、获取每个标志物图像的灰度直方图；

S22、根据车辆的代号获取与车辆代号相对应的密钥信息，即直方图中的两个峰值点a和b；

S23、在峰值点(b，a)范围内的像素值c自加1，得到漂移后的直方图；

S24、数据锚点转化为二进制比特流数据k；

S25、将漂移后的直方图c＝b处作为水印嵌入位置，二进制比特流数据k在嵌入位置按顺序嵌入标志物图像中，即c’＝c+k；得到由像素值c’组成的加密图像。

进一步地，数据锚点的设置方法为：航线按照直线段或曲线段划分为若干线段，将线段间的连接处拐点作为航线中的数据锚点。

进一步地，所述的步骤S2还包括将航线划分后的线段类型作为水印信息嵌入至标志物图像中。

进一步地，直线段的线段类型嵌入步骤具体包括：

S26、对直线段进行一般线性插值，确认为直线段，选取首尾两端作为数据锚点；

S27、对直线段航线附上直线函数关系标识L，并对直线标识L进行自定义映射为数字12；

S28、将直线标识数字转化为二进制比特流l；

S29、二进制比特流l随首端数据锚点嵌入至标志物图像中。

进一步地，曲线段的线段类型嵌入步骤具体包括：

S26、对弧线段采用三次样条插值方法，得到最光滑弧线段的函数f(x)，根据f(x)选取首尾两端作为数据锚点；

S27、针对该函数f(x)，在预定义的函数标识库中选取对应的标识代号数字；对弧线段附上弧线函数关系标识C，并对弧线标识C进行自定义映射为数字03；

S28、将弧线标识数字转化为二进制比特流c；

S29、弧线标识c以及函数f(x)对应的标识代号数字随首端数据锚点嵌入至标志物图像中。

一种上述的基于数字水印的航线加密方法的航线执行方法，具体步骤如下：

A1、接收共同打包的航线和加密图像；

A2、解密每个加密图像中的数据锚点；

A3、根据数据锚点信息恢复完整航线数据；

A4、判断经过解密恢复的完整航线数据和原始航线数据是否一致，若一致，则继续执行航线，汽车继续按照航线行驶；若不一致，则终止航线。

进一步地，还包括以下步骤；

B1、执行航线的同时采集航线中数据锚点处的标志物图像；

B2、判断标志物图像和加密图像是否一致，若一致，则执行航线；若不一致，则终止执行航线。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明将航线作为数字水印嵌入了图像中，使得航线的数据伪装为图片的形式进行发送，具有良好的隐蔽性；不法分子即使截取了信息也只能得到加密图像，无法篡改和获取真实路线，保证了航线传输的安全性和保密性。

2、航线的数据锚点通过基于灰度直方图改进的数字水印算法嵌入标志物图像，该算法对图像原本的像素信息改变很小，嵌入信息不可见，而且便于标志物图像在后续航线正确性的验证过程中发挥作用。

3、在航线的执行过程中，同时接收航线和加密图像，将接收的航线作为明航线信息，加密图像中的航线数据锚点信息能够恢复为暗航线信息，通过明航线和暗航线信息的对比，确保航线在传输过程中没有发生数据丢失或篡改，提高安全性。

4、在航线按照直线或曲线划分为若干线段，将线段间的连接处拐点作为航线中的数据锚点，在能够确保航线完整性的前提下，减少水印嵌入的数据工作量，提高效率和速度。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种低速无人驾驶汽车的航线传输系统，包括客户端和控制端，客户端安装在车辆上，连接车辆的控制系统。其传输过程包括准备过程以及验证过程。

一、准备过程具体如下：

步骤S1、控制端在无人驾驶车辆的行程航线中设置数据锚点，并采集每个数据锚点处标志物图像，将标志物图像和数据锚点建立映射关系，用来保证标志物图像与航线建立精确的位置关系；数据锚点的设置方法为航线按照直线段或曲线段划分为若干线段，将线段间的连接处拐点作为航线中的数据锚点。

步骤S2、将数据锚点作为数字水印信息嵌入标志物图像中形成加密图像。

步骤S3、将加密图像打包发送至客户端。

在步骤S2中，将数据锚点作为数字水印信息嵌入标志物图像中的方法为：先在整幅图像的直方图中设定一组密钥分别对应两个峰值点，然后在图像中修改灰度值介于两个峰点值之间的像素，在相应直方图中两个峰点值之间的部分向右侧的峰值位置移动一个位移，从而在左侧的峰值附近出现空位，最后将二进制流的水印信息嵌入直方图中的空位，从而达到嵌入水印的目的。

其具体步骤如下：

步骤S21、获取每个标志物图像的灰度直方图；

步骤S22、根据车辆的代号获取与车辆代号相对应的密钥信息，即直方图中的两个峰值点(如a＝187，b＝010)；

步骤S23、将在峰值点(b，a)范围内的像素值c自加1；

步骤S24、将数据锚点转化为二进制比特流数据k；

步骤S25、漂移后的直方图c＝b处作为水印嵌入位置，将二进制比特流数据k在嵌入位置按顺序嵌入标志物图像中，即c’＝c+k；得到由像素值c’组成的加密图像。

对于各类型的航线段，还具有对应的类型标识代号，并且也作为水印信息嵌入至标志物图像中，具体分为直线段和曲线段：

直线段：

步骤一、对直线段进行一般线性插值，确认为直线段，选取首尾两端作为数据锚点；

步骤二、对直线段航线附上直线函数关系标识L(Line)，并对直线标识L进行自定义映射为数字12(如英语字母表顺序)；

步骤三、将直线标识数字转化为二进制比特流l(小写L)；

步骤四、直线标识l(小写L)随首端数据锚点嵌入至标志物图像中。

弧线段：

步骤一、对弧线段选取合适插值方法(如三次样条插值)，得到最光滑弧线段的函数f(x)，根据f(x)选取首尾两端及一定数量的关键点作为数据锚点(用来确定函数f(x)系数)；

步骤二、针对该函数f(x)，在预定义的函数标识库中选取对应的标识代号数字；

步骤三、对弧线段附上弧线函数关系标识C(Curve)，并对弧线标识C进行自定义映射为数字03(如英语字母表顺序)，将弧线标识数字转化为二进制比特流c；

步骤四、弧线标识c以及函数f(x)对应的标识代号数字随首端数据锚点嵌入至标志物图像中。

二、验证过程分为两个条并行的流程，具体如下：

流程A：

步骤A1、客户端接收共同打包的航线和加密图像；

步骤A2、客户端对加密图像进行解密；

步骤A3、根据提取的二进制数据流恢复完整航线数据；

步骤A4、判断经过解密恢复的完整航线数据和原始航线数据是否一致，若一致，则继续执行航线，汽车继续按照航线行驶；若不一致，则终止航线。

在步骤A2中，客户端对加密图像进行解密具体为：

步骤A21、客户端获取车辆的密钥信息，即a和b；并且获取加密图像的灰度直方图；

步骤A22、当灰度直方图中的像素值c＝b时，提取二进制比特流信息0；当像素值c＝b+1时，提取二进制比特流信息1，并将像素值减1。

步骤A23、当像素值c在像素值b-1和像素值a之间时，标志图像数据自减1；其余范围像素值c数据不变；

步骤A24、提取二进制数据流。

在标志物图像中会提取两种长度比特流数据，由于首端数据锚点后附着标识代号的二进制数据流，所以每段航线段首端的二进制数据流比其他数据锚点的数据位数要长，长出部分为线段标识代号。在步骤A3中，根据提取的二进制数据流恢复完整航线数据具体为：

步骤A31、比较每个标志物图像中的第一个数据锚点和第二个数据锚点，获取其多出的数据作为标识代号，判断是否为直线段，若是，则执行A32；若否，则执行A33；

步骤A32、对首尾两端数据锚点代入简单的拉格朗日插值公式，得到直线段表达式；

步骤A33、根据直线段表达式选取固定间隔的数据点，完成直线段航线的恢复。

步骤A34、结合数据锚点以及函数代号联立方程组，求得该段航线函数表达式系数，得到弧线段函数表达式；

步骤A35、根据弧线段表达式选取固定间隔的数据点，完成弧线段航线的恢复。

流程B：

步骤B1、执行航线的同时采集航线中数据锚点处的标志物图像；

步骤B2、判断标志物图像和加密图像是否一致，若一致，则执行航线；若不一致，则终止执行航线。

步骤B2的具体判别方法如下：

步骤B21、对标志物图像以及加密图像初步进行特征点提取；

步骤B22、筛选选取的特征点通过现有的Lowe’s算法进一步获取特征度高的优秀匹配点；

步骤B23、当特征点匹配程度大于设定阈值百分比时，确认两者图像为一致。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于数字水印的航线加密方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、在航线中设置数据锚点，并采集每个数据锚点处标志物图像，将标志物图像和数据锚点建立映射关系；

S2、将数据锚点作为数字水印信息嵌入标志物图像中形成加密图像；

S3、将加密图像打包发送。

2.根据权利要求1所述的基于数字水印的航线加密方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：

S21、获取每个标志物图像的灰度直方图；

S22、根据车辆的代号获取与车辆代号相对应的密钥信息，即直方图中的两个峰值点a和b；

S23、在峰值点(b，a)范围内的像素值c自加1，得到漂移后的直方图；

S24、数据锚点转化为二进制比特流数据k；

S25、将漂移后的直方图c＝b处作为水印嵌入位置，二进制比特流数据k在嵌入位置按顺序嵌入标志物图像中，即c’＝c+k；得到由像素值c’组成的加密图像。

3.根据权利要求2所述的基于数字水印的航线加密方法，其特征在于，数据锚点的设置方法为：航线按照直线段或曲线段划分为若干线段，将线段间的连接处拐点作为航线中的数据锚点。

4.根据权利要求3所述的基于数字水印的航线加密方法，其特征在于，所述的步骤S2还包括将航线划分后的线段类型作为水印信息嵌入至标志物图像中。

5.根据权利要求4所述的基于数字水印的航线加密方法，其特征在于，直线段的线段类型嵌入步骤具体包括：

S26、对直线段进行一般线性插值，确认为直线段，选取首尾两端作为数据锚点；

S27、对直线段航线附上直线函数关系标识L，并对直线标识L进行自定义映射为数字12；

S28、将直线标识数字转化为二进制比特流l；

S29、二进制比特流l随首端数据锚点嵌入至标志物图像中。

6.根据权利要求4所述的基于数字水印的航线加密方法，其特征在于，曲线段的线段类型嵌入步骤具体包括：

S26、对弧线段采用三次样条插值方法，得到最光滑弧线段的函数f(x)，根据f(x)选取首尾两端作为数据锚点；

S27、针对该函数f(x)，在预定义的函数标识库中选取对应的标识代号数字；对弧线段附上弧线函数关系标识C，并对弧线标识C进行自定义映射为数字03；

S28、将弧线标识数字转化为二进制比特流c；

S29、弧线标识c以及函数f(x)对应的标识代号数字随首端数据锚点嵌入至标志物图像中。

7.一种如权利要求1～6任一所述的基于数字水印的航线加密方法的航线执行方法，其特征在于，具体步骤如下：

A1、接收共同打包的航线和加密图像；

A2、解密每个加密图像中的数据锚点；

A3、根据数据锚点信息恢复完整航线数据；

A4、判断经过解密恢复的完整航线数据和原始航线数据是否一致，若一致，则继续执行航线，汽车继续按照航线行驶；若不一致，则终止航线。

8.根据权利要求7所述的基于数字水印的航线加密方法的航线执行方法，其特征在于，还包括以下步骤；

B1、执行航线的同时采集航线中数据锚点处的标志物图像；

B2、判断标志物图像和加密图像是否一致，若一致，则执行航线；若不一致，则终止执行航线。