CN113987603A - 一种基于摩尔纹的防摄屏方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摩尔纹的防摄屏方法及系统，涉及信息安全领域。所述方法包括：获取待加密的显示页面，作为摩尔光栅生成模块的输入；对需加密显示页面获取每个区域的色彩信息并进行分区，针对每个分区生成对应的摩尔光栅图样；利用人眼成像特点，调整和优化上述摩尔光栅图样的宽度，并将其嵌入在对应的区域内；将添加摩尔条纹的图像其显示在显示器上。本发明可以在人眼无障碍阅读显示器上的内容的同时，令摄像头拍摄屏幕时获取到一张充满摩尔纹的图像，从而遮盖隐私信息，可以作为一种针对摄屏攻击的隐私保护方法。

Description

一种基于摩尔纹的防摄屏方法及系统

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体为一种基于摩尔纹的防摄屏方法及系统。

背景技术

随着信息技术的高速发展，摄像头已经作为一个基本传感器元件集成在移动端设备中，与此同时，针对显示器进行的摄屏攻击导致的机密泄露、数据窃取等问题已经严重威胁了信息安全领域。而目前对于摄屏攻击造成的数据泄露问题，最常见的方法是在显示器展示的图片、文字上添加数字水印，随后通过数字水印溯源进行事后追责和止损。但是以上溯源方法并没有解决机密泄露、数据窃取等基础问题，即如何保护显示器的内容，防止其被拍摄。在现有的技术背景下，基本没有有效能够解决显示器摄屏攻击难题的方法。

由于摄像头的成像原理和人眼成像方式存在一定的差别，如通过空间频率混叠效应产生的摩尔纹现象是一个广泛存在摄屏照片中的光学现象。本发明通过控制显示器中摩尔纹出现的位置和强度，令摄像头无法完全拍摄到显示器上的隐私信息，从而达到防摄屏的目标。

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题，提供一种基于摩尔纹的防摄屏方法及系统。根据摩尔纹成像原理，对显示器显示画面进行分区摩尔纹生成，当摄像头对显示器进行拍摄时将会获取到一张充满摩尔纹的图像，从而遮盖隐私信息，同时人眼依旧可以无障碍的阅读显示器上的内容，可作为一种针对摄屏攻击的隐私保护方法。

本发明的技术方案是：

根据本发明的第一方面，提供一种基于摩尔纹的防摄屏方法，包括：

获取需加密的显示页面中每个区域的色彩信息并进行分区；

针对需加密的显示页面的每个分区，生成对应分区的摩尔光栅图样；

对摩尔光栅图样进行优化，并在需加密的显示页面的每个分区中嵌入对应的摩尔光栅图样；

在屏幕上显示添加了摩尔光栅图样后的显示页面，完成对显示页面的加密。

进一步的，对于每一个分区，使用预设个数的编码产生基于分区基底颜色的明暗条纹作为摩尔图样，所述的基底颜色为分区内所有像素点的均值。

根据本发明的第二方面，提供一种基于摩尔纹的防摄屏系统，用于实现上述的防摄屏方法，所述的防摄屏系统包括:

页面获取模块，用于获取显示设备中待加密的显示页面，提取页面中每个区域的色彩信息并进行分区；

摩尔光栅生成模块，用于对不同分区的加密区域结合区域的颜色特征，生成对应的摩尔光栅图样；

摩尔光栅嵌入模块，用于对摩尔光栅图样进行优化，并将经过优化的摩尔光栅图样嵌入需加密显示页面的对应分区内；

页面显示模块，用于显示加密后的显示页面。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用摩尔纹成像原理对显示器的显示页面进行加密，同时依据人眼成像方式优化摩尔光栅并嵌入显示页面中，可以做到保证人眼一定程度的可读性的情况下令摄像头拍摄到经过设计的摩尔纹图样。

2、本发明通过建立一个完整的摩尔纹防摄像系统，包括页面获取、摩尔光栅生成、摩尔光栅嵌入、页面显示四个模块，能有效的显示页面的不同位置生成对应的摩尔光栅，该光栅在摄像头成像时产生剧烈的摩尔纹现象，从而遮盖隐私信息，可以作为一种防摄屏的隐私保护方法。

附图说明

图1是本发明所述的一种基于摩尔纹的防摄屏系统的架构图；

图2是本发明所述的一种基于摩尔纹的防摄屏方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本发明提供一种基于摩尔纹的防摄屏方法及系统，图1示出了本示例性实施方式运行的系统架构图。参考图1所示，该系统架构包括页面获取模块、摩尔光栅生成模块、摩尔光栅嵌入模块、页面显示模块。

所述页面获取模块获取页面的方式可以是被动获取，也可以是主动获取。其中被动获取指的是本系统不通过用户的操作而直接获取显示页面，包括但不限于实时截屏获取等方式；主动获取指的是用户主动向本系统提供需加密的显示页面，包括但不限于通过本系统提供的输入接口将需要加密的页面图案以图片的形式输入给本系统等方式。

所述摩尔光栅生成模块和所述摩尔光栅嵌入模块是处于同一物理机内的不同的软件接口，其可以是作为与所述页面获取模块和所述页面显示模块所处物理机进行有线或无线连接的另一终端设备，也可以与所述页面获取模块或所述页面显示模块处于同一物理机。

所述页面显示模块，是对添加了摩尔纹的显示页面进行显示的设备，其与本系统其余三个模块可以通过有线或无线的连接，包括但不限于CRT显示器、LCD显示器、LED显示器等。

下面对本发明进行示例性实施方式的基于摩尔纹的防摄屏方法进行说明。该方法的应用场景包括但不限于：页面显示模块由一LCD显示器构成，页面获取模块、摩尔光栅生成模块和摩尔光栅嵌入模块统一集成在与显示器通过HDMI数据线相连的一电脑主机中，并以不同的软件程序接口进行通信。本示例会首先主动获取即将显示的页面，并以图像的方式保存；随后依据颜色区块对需加密显示页面进行分区，提取每个区块的颜色特征，并生成不同的摩尔图样；然后对摩尔图样进行优化，尽量降低其对于人眼成像的影响，增加其可读性；最后通过显示器将加密后的页面显示出来。

图2示出了基于摩尔纹的防摄屏方法的示例性流程，包括：

步骤1，页面获取模块通过读取显示设备的缓存(包括但不限于电脑主机内存、显卡帧缓存区等)获取显示器下一帧的输入为待加密的显示页面，并保存为图片格式，作为摩尔光栅生成模块的输入；

步骤2，摩尔光栅生成模块分析输入显示页面的图片的颜色特征，通过一个滑窗提取颜色RGB值相近的区域，以矩形为单位划分整张图像，获得一系列色彩接近的矩形区域作为分区结果，记录每块区域的颜色RGB均值作为其基底颜色，并以确定的编码产生基于基底颜色的明暗条纹作为摩尔图样；

步骤3，摩尔光栅嵌入模块首先利用人眼成像特点，调整和优化上述摩尔图样中的条纹宽度，并将其嵌入在对应的区域内，使其在保证一定的可读性的情况下依旧可以对摄像头造成较强的摩尔纹效应，随后将其存储在所述显示设备的缓存中；

步骤4，页面显示模块读取其缓存区，并将其显示在显示器上，完成对显示页面的加密和保护。

上述方法中，步骤2所述的显示页面颜色特征提取方法具体如下：

1、设计一个滑动窗口，计算滑动窗口内所有像素点的均值和方差作为颜色特征，设定某一阈值，若方差小于某阈值，则认为该滑动窗口内的色彩是属于相近的。

方差计算过程如下，其中X表示滑动窗口内的像素集合，N表示滑动窗口内的像素点数量，x_i表示第i个像素点的像素值：

其中，var(.)表示方差。

2、滑动窗口以步长为1进行滑窗操作，记录每一个滑窗是否为颜色相近的色块，并标记为一个掩码矩阵，以0和1分别表示非颜色相近色块和颜色相近色块。待滑窗遍历所有像素点之后，所得的掩码矩阵内的连通域(所有1相连的区域)即代表了整个图像范围内的颜色相近色块，截取每一个连通域内最大的矩形区域作为一个分区，并计算每一个分区内所有像素值的均值作为该分区的基底颜色，记录为{R_k,G_k，B_k}，其中，下标k表示第k个分区。

均值计算过程如下：

其中，mean(.)表示均值，X_k表示第k个分区内的像素集合，N_k表示第k个分区内的像素点数量，x_k,i表示第k个分区内的第i个像素点的像素值。

对图像进行分区并提取了基底颜色之后，就可以对每一个分区进行摩尔图样生成。对于每一个分区，可以使用不同的编码方式生成摩尔图样，也可以使用同一种编码方式生成，例如针对一个六位编码，常用编码方式可以是010101、101010、011100、010011等，本示例使用010101这种1和0交替出现的编码方式进行摩尔图样的生成，即步骤2所述的摩尔图样生成方法具体如下：

1、针对每一个分区，获得对应分区的宽、高记为{Width_k,Height_k}，其中下标k表示第k个分区；计算每一个光栅的宽度w_k＝Width_k/G，光栅的高度等于对应分区的高度；其中G为编码的个数，如010101的G即为6，w_k表示的是每个编码位占据的宽度，也就是每一个光栅的宽度。

2、以该分区的基底颜色base_k为最大值，以{0,0,0}为最小值，周期为2*w_k拟合一个正弦函数如下：

上式中，g为一个周期内第g个像素点，y_g为产生的像素值，即第g个像素点的像素值。使用上述正弦函数对每一个像素点进行赋值，即可以得到一个对于于该分区的过渡均匀的摩尔光栅图样。

本发明考虑到添加了摩尔图样的图片需要尽量隐藏在人眼的可视范围中，上述步骤2使用的方案中已经使用了相近色块内所有像素值的均值作为基底颜色，在一定程度上可以将其隐藏在该色块内。

人眼对于摩尔条纹的宽度是敏感的，只有使摩尔条纹的宽度小于人眼能够识别的最小宽度，人眼就会无法察觉它的存在，但是摄像头的感光依旧可以感知到，因此可以对摩尔光栅进行宽度控制，使其在人眼中变得更加难以察觉。那么作为步骤2的补充，步骤3结合人眼成像的特点，本发明使用相对宽度占比作为判断摩尔图样是否能被人眼可见的判断标准，对每一个分区都可以通过如下公式计算相对宽度占比：

上式中，width_ratio_k表示第k个分区中光栅的相对占宽比，w_k是第k个分区每一个光栅的宽度，width_display是整个显示设备显示区域的宽度，当相对宽度占比大于0.2％，则认为摩尔图样能被人眼察觉，本发明使用了一种宽度控制的优化方法，计算每一个分区内光栅宽度与显示器的显示区域宽度的占比；若占比大于阈值，则将预设编码的个数周期性扩展m倍，并重新计算该分区的摩尔光栅图样：

G′＝G*m

其中，r_k表示第k个分区中光栅宽度与显示器的显示区域宽度的占比，R为人眼察觉的阈值，

为向上取整，G′为周期性扩展后的编码个数。

下面用一个具体例子进行示例性说明：

设步骤2使用010101对一分区的摩尔条纹进行编码，若计算得到该分区的相对宽度占比为2％，则证明每个光栅宽度其需要至少缩小10倍。本示例使用周期性扩展的方式进行优化，即[010101]*10的方式进行编码，这样每个摩尔光栅的相对宽度占比即为0.2％。随后，通过步骤2再次计算每一个光栅的宽度w′_k＝Width_k/G′，其中G′为优化后的光栅数，并通过对应的拟合正弦函数计算每一个像素点的像素值。经过优化的摩尔图样已经能够被人眼忽略，大大提高了图像内容的可读性。

经过步骤3处理后的图像将被存放在显示缓存区，显示器会在显示一帧图像之前读取显示缓存器，并将其显示在显示器上，即完成了对显示页面的加密和保护。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其他实施方式。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种基于摩尔纹的防摄屏方法，其特征在于，包括：

获取需加密的显示页面中每个区域的色彩信息并进行分区；

针对需加密的显示页面的每个分区，生成对应分区的摩尔光栅图样；

对摩尔光栅图样进行优化，并在需加密的显示页面的每个分区中嵌入对应的摩尔光栅图样；

在屏幕上显示添加了摩尔光栅图样后的显示页面，完成对显示页面的加密。

2.根据权利要求1所述的一种基于摩尔纹的防摄屏方法，其特征在于，所述的获取需加密的显示页面中每个区域的色彩信息并进行分区，具体为：

设计一个滑动窗口，计算滑动窗口内所有像素点的方差，若方差小于阈值，则认为该滑动窗口内的色彩是属于相近的；

滑动窗口在需加密的显示页面图像上以步长为1进行滑窗操作，记录每一个滑窗内是否为颜色相近的色块，并标记为一个掩码矩阵，以0和1分别表示非颜色相近色块和颜色相近色块；待滑窗遍历需加密的显示页面图像中所有像素点之后，所得的掩码矩阵内所有1的连通域代表了整个图像范围内的颜色相近色块；

截取每一个连通域内最大的矩形区域作为一个分区，并计算每一个分区内所有像素值的均值作为该分区的基底颜色，记为{R_k，G_k，B_k}，其中，下标k表示第k个分区，R_k，G_k，B_k表示第k个分区的基底颜色RGB值。

3.根据权利要求1所述的一种基于摩尔纹的防摄屏方法，其特征在于，对于每一个分区，使用预设个数的编码产生基于分区基底颜色的明暗条纹作为摩尔图样，所述的基底颜色为分区内所有像素点的均值。

4.根据权利要求3所述的一种基于摩尔纹的防摄屏方法，其特征在于，所述的摩尔图样的生成方法为：

针对每一个分区，获得对应分区的宽、高记为{Width_k，Height_k}，其中下标k表示第k个分区；计算每一个光栅的宽度：

w_k＝Width_k/G

其中，G为预设编码的个数，光栅的宽度即每个编码位占据的宽度；光栅的高度等于对应分区的高度；

以所述分区的基底颜色为最大值，以{0，0,0}为最小值，以周期为2*w_k拟合一个正弦函数如下：

式中，g为正弦函数一个周期内的第g个像素点，y_g为正弦函数一个周期内第g个像素点的像素值，base_k为第k个分区的基底颜色；

遍历所有分区，得到每一个分区的过渡均匀的摩尔光栅图样。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于摩尔纹的防摄屏方法，其特征在于，所述的对摩尔光栅图样进行优化，具体为：

计算每一个分区内光栅宽度与显示器的显示区域宽度的占比；若占比大于阈值，则将预设编码的个数周期性扩展m倍，并重新计算该分区的摩尔光栅图样：

G′＝G*m

其中，r_k表示第k个分区中光栅宽度与显示器的显示区域宽度的占比，R为人眼察觉的阈值，

为向上取整，G′为周期性扩展后的编码个数。

6.一种基于摩尔纹的防摄屏系统，其特征在于，用于实现权利要求1所述的防摄屏方法，所述的防摄屏系统包括：

页面获取模块，用于获取显示设备中待加密的显示页面，提取页面中每个区域的色彩信息并进行分区；

摩尔光栅生成模块，用于对不同分区的加密区域结合区域的颜色特征，生成对应的摩尔光栅图样；

摩尔光栅嵌入模块，用于对摩尔光栅图样进行优化，并将经过优化的摩尔光栅图样嵌入需加密显示页面的对应分区内；

页面显示模块，用于显示加密后的显示页面。

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