CN115811577A - 一种用于通信柜的视频远程监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像通信技术领域，具体涉及一种用于通信柜的视频远程监测系统，该系统通过比特分层模块对原始图像进行比特分层，得到八张二值图像；通过一次加密模块利用预设阈值对二值图像中的像素点赋值，将二值图像转换为灰度图像，并以预设阈值作为对应层灰度图像的层密钥，所有层密钥组成灰度图像密钥；通过二次加密模块以任意一层灰度图像作为基准图像，以基准图像中每个位置处的像素值作为该位置的基准值，对于每张其他灰度图像，基于基准值和对应的层密钥对每个位置赋值，生成大小标识图像；通过传输模块以基准图像和七张大小标识图像作为原始图像的密文数据，将密文数据远程传输。本发明能够提高加密关系的隐蔽性，提高加密安全性。

Description

一种用于通信柜的视频远程监测系统

技术领域

本发明涉及图像通信技术领域，具体涉及一种用于通信柜的视频远程监测系统。

背景技术

随着自动化技术广泛应用于各种生产与制造业，对生产过程进行远程监测成为保证自动化生产稳定进行的保障，所以越来越多的远程监测系统应用于各种自动化生产领域，以获得完整的生产监测数据，监测数据往往通过通信柜管理。其中企业自动化生产的监控视频可能涉及企业自动化技术，即涉及企业的核心竞争技术，所以为了保证企业核心技术，在远程监测数据管理时，需要对这些监控视频进行加密处理。此时通信柜对监测数据的管理包括对监控视频的加密以及远程传输。

对于监控视频的加密往往是对每帧视频图像的加密。主要方法是针对反映图像信息的像素点像素值的加密，一般存在最多的即为像素值的置乱以及替换，但是常规的图像加密仅针对像素值本身进行置乱，即对像素值的转换方式过于表面，对图像信息的隐藏程度不够，加密效果一般，且已经长期存在的加密方法会被更多人研究，安全性较低。

发明内容

为了现有的监控视频加密方法安全性较低的问题，本发明提供一种用于通信柜的视频远程监测系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明一个实施例提供了一种用于通信柜的视频远程监测系统，该系统包括以下模块：

比特分层模块，用于将接收的监测视频中的每帧监测图像作为待加密的原始图像，对所述原始图像进行比特分层，得到八张二值图像；所述二值图像与所述原始图像大小相同；

一次加密模块，用于利用预设阈值对所述二值图像中的像素点赋值，将所述二值图像转换为灰度图像，并以所述预设阈值作为对应层灰度图像的层密钥，所有层密钥组成灰度图像密钥；

二次加密模块，用于以任意一层灰度图像作为基准图像，以基准图像中每个位置处的像素值作为该位置的基准值，对于每张其他灰度图像，基于基准值和对应的层密钥对每个位置赋值，生成大小标识图像；

传输模块，用于以基准图像和七张大小标识图像作为所述原始图像的密文数据，将所述密文数据远程传输。

在一些实施例中，所述一次加密模块包括：

一次赋值单元，用于将二值图像中取值为1的像素点赋予大于或者等于所述预设阈值的随机灰度值，将二值图像中取值为0的像素点赋予小于所述预设阈值的随机灰度值。

在一些实施例中，所述二次加密模块包括：

二次赋值单元，用于对于每层其他灰度图像中每个位置的像素点，当灰度值大于该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值时，该位置处的像素点取值为第一数值；当灰度值小于该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值时，该位置处的像素点取值为第二数值；当灰度值在该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值之间时，该位置处的像素点取值为第三数值；所述第一数值、第二数值和第三数值各不相同。

在一些实施例中，所述比特分层模块包括：

比特分层单元，用于将原始图像中每个位置的像素值转换为八位二进制数值，将二进制数值分离为八个数值，同一层的所有位置的数值组成对应层的二值图像，共得到八张二值图像。

在一些实施例中，该系统还包括以下模块：

解密模块，用于利用不同比特分层对应的灰度图像像素值以及层密钥之间的大小关系，重构获得每一层灰度图像，根据所述图像密钥将重构得到的灰度图像转换为二值图像，再对得到的所有二值图像重构，得到解密图像。

本发明至少具有如下有益效果：

首先通过对原始图像进行比特分层，使每帧原始图像获取对应的八张二值图像，利用比特分层方法先进行首次加密。然后利用每层二值图像的预设阈值，对二值图像中每个像素点赋值得到对应的灰度图像，针对每一比特分层平面对原始图像信息的表现，对每一比特分层平面进行加密，实现图像信息的转化加密，隐藏加密的关系提高加密效果；由于预设阈值能够设置为灰度值的任意取值，加密后的密文数据的混乱性大，且有八张二值图像同时任意取值，对应的加密空间巨大，使加密过程高效。接着选取任意一层灰度图像作为基准图像，通过其他灰度图像与基准图像在同一位置的像素值的关系，将比特分层加密产生的八个二值图像转换为一张基准图像和七张大小标识图像的组合，作为密文数据；能够保证企业生产过程数据的安全性以及完整性。由于基准图像为任意一层灰度图像，即不同层的灰度图像作为基准图像对应获得不同的大小标识图像，即令基准图像的选择同样作为加密的一部分，隐藏原始图像比特分层灰度图像与大小标识图像的对应关系，进一步提高加密效果。

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和优点，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种用于通信柜的视频远程监测系统的系统框图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于通信柜的视频远程监测系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种用于通信柜的视频远程监测系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种用于通信柜的视频远程监测系统的系统框图，该系统包括以下模块：

比特分层模块100、一次加密模块200、二次加密模块300以及传输模块400。

比特分层模块100用于将接收的监测视频中的每帧监测图像作为待加密的原始图像，对原始图像进行比特分层，得到八张二值图像；二值图像与原始图像大小相同。

为了对企业加工过程进行监测，首先需要在加工车间安装摄像头，对生产过程进行监测，获得监测视频传输到通信柜，然后在通信柜对监测视频进行管理，所述管理包括对监测视频的加密和远程传输。

对视频的加密主要依据帧每视频图像的加密，所以首先根据视频分离每一帧图像，作为后续加密的原始图像数据。

对于原始图像的加密主要基于原始图像中像素值的转换实现原始图像信息的隐藏，像素值的转换方式越隐蔽，加密效果越好。本发明通过原始图像在比特分层中的表现以及不同比特分层之间的关系，对比特分层平面进行加密，实现原始图像信息的加密。

比特分层单元用于将原始图像中每个位置的像素值转换为八位二进制数值，将二进制数值分离为八个数值，同一层的所有位置的数值组成对应层的二值图像，共得到八张二值图像。

已知原始图像是由原始图像中像素点的像素值进行表示，所以对于原始图像的加密主要针对像素值进行，图像处理中常常将像素点的像素值转换为其他的表现形式，以获得像素值之间更多的关系，本发明利用比特分层表示原始图像的信息，然后基于比特分层进行原始图像加密。

首先对原始图像进行比特分层，即对原始图像像素值像素位数进行分别读取，然后将原始图像分为8个比特分层平面。此时比特分层平面之间的关系共同组成原始图像信息，后续基于图像比特分层平面进行原始图像加密。

例如，有一张四个像素（2*2）的图像，像素值分别为1，2，3，4。该图像的表示为：

，将像素值转换为8位二进制数为：1（00000001）、2（00000010）、3（00000011）、4（00000100），则这张图像的8个比特层图像为：

即所有像素点的8位二进制数的像素值中每一位组成一层与原始图像大小相同的二值图像，该二值图像中的值只有1和0。

在图像比特分层中，每一分层平面具有原始图像大小，且每一位置均为二进制的比特值，所以每一比特分层平面均为一张与原始图像等大的二值图像。

一次加密模块200用于利用预设阈值对二值图像中的像素点赋值，将二值图像转换为灰度图像，并以预设阈值作为对应层灰度图像的层密钥，所有层密钥组成灰度图像密钥。

一次加密模块200包括一次赋值单元和灰度图像密钥获取单元。

二值图像中图像信息量少，像素点之间的关系单一，不利于图像信息的转换以及转换关系的隐藏。此时利用二值图像与灰度图像的转换关系，将比特分层平面的二值图像转换为灰度图像。

一次赋值单元，用于将二值图像中取值为1的像素点赋予大于或者等于预设阈值的随机灰度值，将二值图像中取值为0的像素点赋予小于预设阈值的随机灰度值。

利用一次赋值单元将二值图像转换为灰度图像，具体过程为：

以任意一张二值图像为例，首先在灰度图像的像素值的取值范围[0,255]区间内，设置阈值M，将二值图中取值为1的像素点，赋予[M,255]区间随机的数值作为对应像素点的灰度值；同时将二值图中像素值为0的像素点，赋予[0,M)区间随机的数值作为对应像素点的灰度值，至此原始的二值图转换为灰度图，即将原始二值图像隐藏在灰度图像中，实现对应比特分层的加密。

例如，第一层二值图像预设阈值为150，则对于二值图像中像素值为1的像素点，均以[150,255]区间随机的数值作为对应像素点的灰度值，例如将其中一个像素值为1的像素点赋值为169；则对于二值图像中像素值为0的像素点，均以[0,150)区间随机的数值作为对应像素点的灰度值，例如将其中一个像素值为0的像素点赋值为72。

通过预设阈值M，将原始的二值图像转换为灰度图像，并且转换关系仅与所设置的预设阈值M有关。此时原始的二值图信息完全隐藏在所转换的灰度图像中，即对二值图像进行了加密，该层的加密密钥为预设阈值M，即通过预设阈值M可以将灰度图像直接转换为原始二值图像。

灰度图像密钥获取单元，用于以每层二值图像对应的预设阈值作为层密钥组成灰度图像密钥。

对每层二值图像设置预设阈值，利用一次赋值单元将原始图像对应的比特分层每一平面对应的二值图像都转换为灰度图像，完成所有比特平面的加密，即实现原始图像的加密。其中8个比特平面分别对应8个预设阈值M，8个预设阈值的数值在灰度值范围内任意选取，分别表示为

，即为灰度图像的加密密钥，记为灰度图像密钥。

二值图像所转换的灰度图像像素值随机混乱分布，体现密文数据的混乱性，同时每一比特平面对应预设阈值可能有256种，所以对应8个比特平面预设阈值可能则为

种，即当前加密密钥空间为

，

大小的密钥空间体现本发明加密的高效性。

二次加密模块300用于以任意一层灰度图像作为基准图像，以基准图像中每个位置处的像素值作为该位置的基准值，对于每张其他灰度图像，基于基准值和对应的层密钥对每个位置赋值，生成大小标识图像。

通过上述模块将原始图像的比特分层平面转换为灰度图像，进行比特分层加密，实现原始图像加密。但是当前加密过程产生密文数据量大，不利于密文数据的远程传输，所以需要对所产生的密文数据继续处理，以减少其数据量。

已知上述加密过程使得一个明文图像产生8张密文灰度图像，所生成的密文图像中只有像素值与阈值之间的大小关系反映了原始图像的明文信息，因此在保留灰度值大小关系的前提下，对得到的8张密文灰度图像进行融合，完成新的赋值。

二次赋值单元，用于对于每层其他灰度图像中每个位置的像素点，当灰度值大于该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值时，该位置处的像素点取值为第一数值；当灰度值小于该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值时，该位置处的像素点取值为第二数值；当灰度值在该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值之间时，该位置处的像素点取值为第三数值；第一数值、第二数值和第三数值各不相同。

以任意一层灰度图像作为基准图像，以基准图像中每个位置处的像素值作为该位置的基准值，此时每一张灰度图像都对应一个预设阈值M，此时分别判断每一张灰度图像中像素值与对应位置基准值以及灰度图像本身对应的预设阈值之间的大小关系，三者的大小关系存在以下可能性：度值均大于基准值和预设阈值、灰度值均小于基准值和预设阈值、灰度值在基准值与预设阈值之间，将上述三种大小关系分别表示为第一数值“0”、第二数值“10”、第三数值“11”，作为每张灰度图像中每个像素点的大小标识符。在其他实施例中第一数值、第二数值和第三数值的取值还可以根据实际加密习惯调整，但是三个数值的取值各不相同。

以第一张灰度图像作为基准图像为例，对于某一位置，对应八张灰度图像有八个像素值：121，185，201，84，144，42，208，106，按照这八个像素点的顺序，对应的预设阈值分别为：180，190，200，100，140，113，145，98，则第一张基准图像该位置处的像素值不变，依然为121，其他七张灰度图像在该位置处的像素值根据大小关系用对应的大小标识符表示，例如第二个灰度值185，大于基准值121，小于对应的预设阈值190，即处于基准值和预设阈值之间，则为该位置赋值为第三数值11，以此类推，八张灰度图像在该位置得到的结果为：121，11，0，10，0，10，0，11。所有的像素点都按照上述过程赋值，则作为基准图像的第一张灰度图像中的灰度值不变，其余七张灰度图像中的灰度值都转换为大小标识符，每层组成以基准图像为对比基准的大小标识图像。

需要说明的是，预设阈值的选取范围在[0,255]区间内，即任意一个灰度值均可，在其他实施例中可以根据实际情况调整预设阈值的取值。

通过上述过程，将加密所产生的8张密文灰度图像转换为一张基准密文灰度图以及7张表示灰度值大小的大小标识图像，大小标识图像中每个像素点处最多为两位二进制编码，相比于原始的8位的灰度值，大大减少了密文数据；同时基准图像的选择同样可以作为加密的一部分，不同位置的基准图像对应获得不同的大小标识图像，即隐藏原始明文图像比特分层灰度图像与大小标识图像的对应关系，进一步提高本发明加密效果。

传输模块400用于以基准图像和七张大小标识图像作为原始图像的密文数据，将密文数据远程传输。

通过以上模块完成原始图像的加密，即完成远程监测视频数据的加密，然后为了便于密文数据的传输，首先利用现有的压缩技术对密文数据进行压缩处理，然后将压缩后的数据进行传输，保证企业生产过程数据的安全性以及完整性。

进一步的，本发明的系统还包括解密模块，用于利用不同比特分层对应的灰度图像像素值以及层密钥之间的大小关系，重构获得每一层灰度图像，根据图像密钥将重构得到的灰度图像转换为二值图像，再对得到的所有二值图像重构，得到解密图像。

在对密文数据解密时，首先需要获得8张密文灰度图像，即需要根据基准图像与7张大小标识图像，重构密文灰度图像。具体过程为：首先根据大小标识图像中每个像素点的大小标识符，确定对应位置上的灰度图像的像素值与基准值以及对应的预设阈值之间的大小关系，然后在[0-255]区间的基础上获得像素点最终灰度值的取值区间，再确定最终区间中随机生成的灰度值。以此类推，重构获得7张密文灰度图像。

以任意一个像素点为例，灰度值融合后的密文表示为：121，11，0，10，0，10，0，11，对应的比特分层的灰度阈值分别为：180，190，200，100，140，113，145，98，则重构后获得像素值为：121，133，234，67，211，109，198，118。

其中“11”表示灰度值在基准像素值与对应灰度阈值之间，上述举例中“11”对应的像素值区间分别为(121,190)与(98,121)，重构获得灰度值分别为133与118，像素值的重构具有区间上的随机性，重构区间反映着灰度值的大小关系，从而体现重构灰度值与明文图像比特分层平面的二值图像之间的关系，密文灰度图像灰度值重构使得当前加密具有可逆性，使得加密过程完整。保证图像的提取与调用，需要根据当前加密过程进行解密验证，保证加密过程的实用性。

判断重构后的灰度图像中每个像素点灰度值与对应预设阈值的大小关系，进而转换为二值图像，得到原始的比特分层，然后通过比特分层重构，获得解密得到的明文图像。

综上所述，本发明实施例包括以下模块：

比特分层模块、一次加密模块、二次加密模块以及传输模块。

具体的，通过比特分层模块将接收的监测视频中的每帧监测图像作为待加密的原始图像，对原始图像进行比特分层，得到八张二值图像；二值图像与原始图像大小相同；通过一次加密模块利用预设阈值对二值图像中的像素点赋值，将二值图像转换为灰度图像，并以预设阈值作为对应层灰度图像的层密钥，所有层密钥组成灰度图像密钥；通过二次加密模块以任意一层灰度图像作为基准图像，以基准图像中每个位置处的像素值作为该位置的基准值，对于每张其他灰度图像，基于基准值和对应的层密钥对每个位置赋值，生成大小标识图像；通过传输模块以基准图像和七张大小标识图像作为原始图像的密文数据，将密文数据远程传输。本发明实现图像信息的转化加密，提高加密关系的隐蔽性，提高加密效果。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于通信柜的视频远程监测系统，其特征在于，该系统包括以下模块：

比特分层模块，用于将接收的监测视频中的每帧监测图像作为待加密的原始图像，对所述原始图像进行比特分层，得到八张二值图像；

一次加密模块，用于利用预设阈值对所述二值图像中的像素点赋值，将所述二值图像转换为灰度图像，并以所述预设阈值作为对应层灰度图像的层密钥，所有层密钥组成灰度图像密钥；

二次加密模块，用于以任意一层灰度图像作为基准图像，以基准图像中每个位置处的像素值作为该位置的基准值，对于每张其他灰度图像，基于基准值和对应的层密钥对每个位置赋值，生成大小标识图像；

传输模块，用于以基准图像和七张大小标识图像作为所述原始图像的密文数据，将所述密文数据远程传输。

2.根据权利要求1所述的一种用于通信柜的视频远程监测系统，其特征在于，所述一次加密模块包括：

一次赋值单元，用于将二值图像中取值为1的像素点赋予大于或者等于所述预设阈值的随机灰度值，将二值图像中取值为0的像素点赋予小于所述预设阈值的随机灰度值。

3.根据权利要求1所述的一种用于通信柜的视频远程监测系统，其特征在于，所述二次加密模块包括：

二次赋值单元，用于对于每层其他灰度图像中每个位置的像素点，当灰度值大于该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值时，该位置处的像素点取值为第一数值；当灰度值小于该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值时，该位置处的像素点取值为第二数值；当灰度值在该位置处的基准值和该层灰度图像对应的预设阈值之间时，该位置处的像素点取值为第三数值；所述第一数值、第二数值和第三数值各不相同。

4.根据权利要求1所述的一种用于通信柜的视频远程监测系统，其特征在于，所述比特分层模块包括：

比特分层单元，用于将原始图像中每个位置的像素值转换为八位二进制数值，将二进制数值分离为八个数值，同一层的所有位置的数值组成对应层的二值图像，共得到八张二值图像。

5.根据权利要求1所述的一种用于通信柜的视频远程监测系统，其特征在于，该系统还包括以下模块：

解密模块，用于利用不同比特分层对应的灰度图像像素值以及层密钥之间的大小关系，重构获得每一层灰度图像，根据所述图像密钥将重构得到的灰度图像转换为二值图像，再对得到的所有二值图像重构，得到解密图像。

Images