CN111294480B - 一种图像加密与校正方法、装置及图像解密方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像加密与校正方法、装置及图像解密方法、装置，属于图像处理技术领域。该方法包括：对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值。通过本方案，对加密图像数据即可执行伽马校正处理提高了图像质量且保护了用户端图像的私密性，保证用户数据安全。

Description

一种图像加密与校正方法、装置及图像解密方法、装置
技术领域
本申请涉及一种图像处理技术领域，特别是涉及一种图像加密与校正方法、装置及图像解密方法、装置。
背景技术
在社交平台上，用户希望对私人图片进行加密，以保护个人隐私；同时也希望社交平台能够对加密图像进行一定清晰化或美化处理。作为满足这一需求的关键技术，加密域信号处理技术近年来得到迅猛发展和广泛关注。
目前，对于图像进行清晰化或美化处理一般使用图像解密后基于像素域进行的图像处理，其中被广泛采用的伽马校正是常见的增强视觉质量的图像处理技术之一，其通过将亮度值根据指定的幂函数进行重新映射，可提亮过暗区域，抑制过亮区域，从而增强图像或视频的细节信息。现有技术中，一般通过公式：y＝255*(x/255)γ实现伽马校正，其中，y为伽马校正后的像素值，x为原始亮度值(0表示最暗，255表示最亮，0≤x≤255)，y为伽马校正后的亮度值，γ为伽马校正的参数(γ＞0)；说明书附图1给出了伽马校正的效果，可以看出，伽马校正可以增强图像或视频的细节信息。然而，上述传统的伽马校正方案都是建立在对解密图像上进行的伽马校正。而一旦用户端对图像进行加密、上传后，平台端在不进行解密的情况下根本无法对于图像进行伽马校正处理，使得图像质量无法提高；另一方面，一旦平台端解密进行图像处理，这也即将大大破坏用户端图像的私密性，不能保证用户数据安全。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种加密域伽马校正的方法及系统，保护用户私密性的情况下进行图像细节增强处理，技术方案如下：
一种图像加密与校正方法，其特征在于，包括：
对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；
基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；
基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值。
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
相应的，所述基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正，包括：通过第一伽马校正参数与第二像素亮度值相乘，获得校正后的亮度值。
一种图像解密方法，其特征在于，包括：获得第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值；
基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值；
对第一像素亮度值进行去归一化处理，生成伽马校正后的亮度值。
基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值，包括：基于公式
Figure BDA0001895073110000021
进行还原出第一像素亮度值；
其中，γ为第一伽马校正参数，n为第一随机数据，z为第三像素亮度值。
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
一种图像加密与校正装置，其特征在于，包括：
归一化模块，对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；
加密模块，基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；
伽马校正模块，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；
相应的，所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值。
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
相应的，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正，包括：通过第一伽马校正参数与第二像素亮度值相乘，获得校正后的亮度值。
一种图像解密装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，获得第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值；
还原模块，基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值；
去归一化模块，对第一像素亮度值进行去归一化处理，生成伽马校正后的亮度值。
相应的，基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值，包括：基于公式
Figure BDA0001895073110000031
进行还原出第一像素亮度值；
其中，γ为第一伽马校正参数，n为第一随机数据，z为第三像素亮度值。
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
一种图像加密与校正系统，其特征在于，包括：所述系统包括由上述任一项所述的图像加密与校正装置以及任一项所述的图像解密装置。
本发明实施例中，在基于上述实施例方案，从而对于用户端加密、上传后的图像，在不进行解密的情况下执行伽马校正处理，一方面大大提高了使得图像质量；另一方面，由于基于解密图像数据进行伽马校正处理，保护了用户端图像的私密性，保证用户数据安全；此外，采用了对数加密方法，大大降低了相对于传统复杂函数进行图像校正的方案，大大降低了的计算量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中伽马校正处理效果图：(a)原图；(b)以γ＝1/2伽马校正后的图像(c)以γ＝1/4伽马校正后的图像；
图2为本发明实施例一中的图像加密与校正方法流程图；
图3为本发明实施例一中的图像加密的具体细节步骤流程图；
图4为本发明实施例一中的对于加密后的图像数据执行伽马校正方法流程图；
图5为本发明实施例二中的图像解密方法流程图；
图6为本发明实施例三中的图像加密与校正装置模块图；
图7为本发明实施例四中的图像解密装置模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例一种图像加密与校正方法，图像的功能是对输入的像素亮度值x(通常是取值在0～255的整数)，在加密秘钥K的控制下进行加密，得到加密后的像素亮度值c；
如图2所示，本实施例一种图像加密与校正方法包括：
对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；
基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；
所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值。
具体的，如图3所示，Step 1：对x进行归一化处理，得到归一化的亮度值
Figure BDA0001895073110000041
可知
Figure BDA0001895073110000042
具体的，Step 2：在加密秘钥K的控制下，生成一个取值范围在[1,N](N由用户根据所需的加密强度来设置)的随机正浮点数n，根据下述加密公式得到加密后的像素亮度值c：
Figure BDA0001895073110000043
式中的-ε用于表示此时
Figure BDA0001895073110000044
起标记的作用，通常取ε＝1000。
具体的，对于没有加密秘钥的第三方，由于无法产生正确的随机正浮点数数，因此无法由c推断出x，从而起到加密的效果。
相应地，在加密秘钥K的控制下，生成一个取值范围在[1,N](N由用户根据所需的加密强度来设置)的随机正浮点数n，是基于学术界和工业界已研究多年并已相当成熟的随机数发生器技术来生成。一般软件开发包都会提供生成随机正浮点数的函数接口。另外，只需要用相同的加密秘钥K来初始化该函数，就能生成相同的随机数序列。由于不同开发包的随机数生成公式均可不同，因此此处写出具体公式，反而会限制专利保护范围。具体到实施例一，本发明调用Matlab 2016a版本的rand函数来生成随机正浮点数。
基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；
具体地，如图4所示：
加密域伽马校正模块的功能是将加密后的亮度值c进行伽马校正处理，得到加密下的伽马校正值z。
Step 1：设定伽马校正参数γ，γ＞0。
Step 2：通过下述公式实现加密域伽马校正：
z＝γ*c
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
相应的，所述基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正，包括：通过第一伽马校正参数与第二像素亮度值相乘，获得校正后的亮度值。
实施例二
本发明实施例提供一种图像解密方法，解密的功能是根据伽马校正后的加密亮度值z和伽马校正参数γ，还原出伽马校正后的亮度值y。
本发明实施例一种图像解密方法，包括：
获得第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值；
基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值；
具体地，如图5所示：
Step 1：根据加密秘钥K，生成随机正浮点数n。
相应地，本发明通过调用了Matlab 2016a版本的rand函数来生成随机正浮点数。
Step 2：根据下述解密公式还原出归一化的伽马校正亮度值
Figure BDA0001895073110000051
Figure BDA0001895073110000061
其中，γ为第一伽马校正参数，n为第一随机数据，z为第三像素亮度值。
对第一像素亮度值进行去归一化处理，生成伽马校正后的亮度值。
具体地，对
Figure BDA0001895073110000063
进行去归一化，得到伽马校正后的亮度值y
Figure BDA0001895073110000062
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
实施例三
如图6所示，本发明实施例提供一种图像加密与校正装置，一种图像加密与校正装置，包括：
归一化模块110，对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；
加密模块111，基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；
伽马校正模块112，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；
相应的，所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值。
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
相应的，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正，包括：通过第一伽马校正参数与第二像素亮度值相乘，获得校正后的亮度值。
实施例四
如图7所示，本发明实施例提供一种图像解密装置，相应的，包括：
第一获取模块210，获得第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值；
还原模块211，基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值；
去归一化模块212，对第一像素亮度值进行去归一化处理，生成伽马校正后的亮度值。
相应的，基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出第一像素亮度值，包括：基于公式
Figure BDA0001895073110000071
进行还原出第一像素亮度值；
其中，γ为第一伽马校正参数，n为第一随机数据，z为第三像素亮度值。
相应的，所述第一随机数据为随机正浮点数。
实施例五
本发明实施例提供一种图像加密与校正系统，包括：所述系统包括由上述实施例三所述的图像加密与校正装置以及实施例四所述的图像解密装置。
本发明，在基于上述实施例方案，从而对于用户端加密、上传后的图像，在不进行解密的情况下执行伽马校正处理，一方面大大提高了使得图像质量；另一方面，由于基于解密图像数据进行伽马校正处理，保护了用户端图像的私密性，保证用户数据安全；此外，采用了对数加密方法，大大降低了相对于传统复杂函数进行图像校正的方案，大大降低了的计算量。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种图像加密与校正方法，其特征在于，包括：
对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；
基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；
基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值；所述第一随机数据为随机正浮点数；
在加密秘钥K的控制下，生成一个取值范围在[1，N]的随机正浮点数n，其中，N由用户根据所需的加密强度来设置；根据下述加密公式得到加密后的像素亮度值c：
Figure FDA0002967512210000011
式中的-ε用于表示此时
Figure FDA0002967512210000013
起标记的作用，通常取ε＝1000。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正，包括：
通过第一伽马校正参数与第二像素亮度值相乘，获得校正后的亮度值。
3.一种图像解密方法，其特征在于，包括：获得第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值；
基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出归一化的伽马校正亮度值；
对归一化的伽马校正亮度值进行去归一化处理，生成伽马校正后的亮度值；基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出归一化的伽马校正亮度值，包括：基于公式
Figure FDA0002967512210000012
进行还原出归一化的伽马校正亮度值；
其中，γ为第一伽马校正参数，n为第一随机数据，z为第三像素亮度值；所述第一随机数据为随机正浮点数。
4.一种图像加密与校正装置，其特征在于，包括：
归一化模块，对亮度像素进行归一化处理生成第一像素亮度值；
加密模块，基于加密密钥随机生成第一随机数据，基于第一随机数据与第一像素亮度值生成加密后的第二像素亮度值；
伽马校正模块，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正得到第三像素亮度值；
所述基于第一随机数据与第一像素亮度值的生成加密后的第二像素亮度值，包括：对第一随机数据与第一像素亮度值的乘积进行对数运算，从而生成加密后的第二像素亮度值；所述第一随机数据为随机正浮点数；在加密秘钥K的控制下，生成一个取值范围在[1，N]的随机正浮点数n，其中，N由用户根据所需的加密强度来设置；根据下述加密公式得到加密后的像素亮度值c：
Figure FDA0002967512210000021
式中的-ε用于表示此时
Figure FDA0002967512210000023
起标记的作用，通常取ε＝1000。
5.如权利要求4所述的图像加密与校正装置，其特征在于，基于第一伽马校正参数对第二像素亮度值进行伽马校正，包括：
通过第一伽马校正参数与第二像素亮度值相乘，获得校正后的亮度值。
6.一种图像解密装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，获得第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值；
还原模块，基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出归一化的伽马校正亮度值；
去归一化模块，对归一化的伽马校正亮度值进行去归一化处理，生成伽马校正后的亮度值；基于第一随机数据、第一伽马校正参数以及第三像素亮度值还原出归一化的伽马校正亮度值，包括：基于公式
Figure FDA0002967512210000022
进行还原出归一化的伽马校正亮度值；
其中，γ为第一伽马校正参数，n为第一随机数据，z为第三像素亮度值；所述第一随机数据为随机正浮点数。
7.一种图像加密与校正系统，其特征在于，包括：所述系统包括由权利要求4-5任一项所述的图像加密与校正装置以及权利要求6所述的图像解密装置。
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