KR101289745B1 - 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법은, 웨이블릿 변환을 이용하여 원 영상을 분석하기 이전에 상기 원 영상의 특정한 부분에 해당하는 픽셀값을 특정 값으로 치환하는 단계; 상기 픽셀값을 치환함으로 해서 변환된 상기 원 영상을 상기 웨이블릿 변환을 이용하여 최소 레벨까지 분석하는 단계; 및 상기 최소 레벨까지 분석된 영상들을 상기 웨이블릿 변환의 역인 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합하는 단계를 포함한다.

Description

웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법{METHOD OF DISABLING IMAGE RESTORATION THROUGH WAVELET BASED ENCRYPTION}

본 발명은 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이블릿 변환을 수행하기 이전에 원 영상의 특정한 부분에 해당하는 픽셀값을 특정 값으로 치환함으로써 방대한 양의 데이터를 직접 삭제하지 않고도 복제나 위조를 근본적으로 막을 수 있도록 하는 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법에 관한 것이다.

현대 정보화 사회에서는 정보 산업의 발전으로 다양한 정보의 보안이 더욱 중요하다. 하지만, 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 기술의 발달로 인하여 개인의 신용 정보뿐만 아니라 여러 가지 영상 자료의 복제가 쉽게 이루어지고 있다. 이에, 복제나 위조를 원천 차단할 수 있는 획기적인 접근 방법이 절실히 필요하다. 특히 영상 데이터를 군사적으로 이용하다가 파기해야 할 상황이 벌어지면 이들을 지우는 데 시간이 많이 필요하게 된다.

용도가 끝나 보안상의 이유로 폐기해야 할 기밀의 영상 데이터는 삭제하는 것이 일반적이다. 하지만, 폐기해야 할 영상 데이터의 양이 적게는 수 메가 바이트에서 많게는 수 테라 바이트까지 방대할 수 있다. 이러한 방대한 용량의 영상 데이터는 전시와 같은 특수한 상황에서는 즉각 폐기되어야 하기도 하며 폐기되는 속도도 굉장히 빨라야 한다. 일반적인 폐기 방법인 삭제와 같은 방법은 데이터의 용량에 따라 상당한 시간이 소요될 수가 있어 더욱 신속한 처리 방법이 필요하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 웨이블릿 변환을 이용하여 데이터의 일부분에 대한 치환을 함으로써 정상적으로 데이터의 복구가 되지 않게 함으로써 보안이 유지되어야 할 영상 데이터를 신속히 폐기할 수 있다.

일반적인 웨이블릿 변환을 이용한 영상의 다중 해상도 분석 과정(multi-resolution analysis)은 도 1과 같다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이 피라미드 구조로 나타낼 수 있으며 원래의 영상이 가장 하부에 위치하며 분석(analysis)이라는 처리 과정을 통해 피라미드의 상위 레벨로 변환하게 된다.

이 때 각 레벨에서의 영상은 바로 하위 레벨의 영상이 저주파 영역의 필터를 통과한 것으로서 근사화된(approximated) 영상이 생성된다. 이 과정에서 사용되는 방법이 웨이블릿이며 실제로 도 2와 같이 Daubechies에 의해 정의된 웨이블릿 필터의 계수를 사용하게 된다.

이와 같은 과정을 반대로 하면 피라미드의 최상위 레벨의 영상으로부터 최하위 레벨의 영상인 원 영상으로의 변환을 할 수 있고 이러한 과정을 융합 혹은 합성(synthesis)이라 한다. 이 과정은 도 3에 도시된 바와 같이 바로 하위 레벨의 영상을 생성하기 위해서는 한 개의 저주파 대역을 통과한 영상과 세 개의 고주파 대역을 통과한 영상이 필요하다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 피라미드 구조의 영상을 생성하는 분석 과정에서 영상의 좌상단 모서리에 해당하는 첫 번째 라인의 두 개의 픽셀값과 두 번째 라인의 두 개의 픽셀값을 특정 값으로 치환해 웨이블릿 필터의 계수를 이용한 분석(analysis)과 융합(synthesis)을 통하여 원 영상이 아닌 완전히 다른 영상을 생성하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 웨이블릿 변환을 이용하여 영상 데이터를 분석하는 과정 이전에 원 자료인 원 영상의 첫 번째 라인의 두 개의 픽셀값과 두 번째 라인의 두 개의 픽셀값을 특정 값으로 치환하여 분석과 융합의 과정을 통하여 데이터 복구시 전혀 다른 영상 데이터를 생성함으로써 이미 용도가 끝난 군 영상 폐기시에 보다 신속하게 처리할 수 있도록 하는 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법은, 웨이블릿 변환을 이용하여 원 영상을 분석하기 이전에 상기 원 영상의 특정한 부분에 해당하는 픽셀값을 특정 값으로 치환하는 단계; 상기 픽셀값을 치환함으로 해서 변환된 상기 원 영상을 상기 웨이블릿 변환을 이용하여 최소 레벨까지 분석하는 단계; 및 상기 최소 레벨까지 분석된 영상들을 상기 웨이블릿 변환의 역인 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법에서 상기 특정한 부분은 상기 원 영상의 첫 번째 라인의 두 개의 픽셀과 두 번째 라인의 두 개의 픽셀이고 상기 특정 값은 2147833647 또는 -2147833648인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법에서 상기 픽셀값을 치환함으로 해서 변환된 상기 원 영상을 상기 웨이블릿 변환을 이용하여 최소 레벨까지 분석하는 단계는, Daubechies에 의해 정의된 웨이블릿 필터의 계수를 이용하여 상기 변환된 상기 원 영상을 대상으로 분석 작업을 수행함으로써 네 개의 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법에서 상기 최소 레벨까지 분석된 영상들을 상기 웨이블릿 변환의 역인 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합하는 단계는, 상기 영상들을 상기 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합함으로써 상기 원 영상과 동일한 크기의 영상을 최종적으로 획득하는 단계를 포함하고, 상기 획득된 영상은 상기 원 영상과는 전혀 다른 영상으로 상기 원 영상에 대한 암호화를 구현하는 것을 특징으로 한다.

영상 데이터를 군사적으로 이용하다가 파기해야 할 상황이 벌어지면 이들을 지우는 데는 시간이 많이 필요하게 된다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법에 따르면, 데이터의 일부분만 바꿈으로써 방대한 양의 데이터를 전부 삭제하지 않고 데이터 중 일부만 수정하여 원래의 데이터로 복구가 불가능하도록 만들어 버려 신속하게 데이터를 폐기할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 웨이블릿 변환을 이용한 영상의 다중 해상도 분석 과정(multi-resolution analysis)을 위한 피라미드 형태를 나타낸 도면.
도 2는 Daubechies에 의해 정의된 웨이블릿 필터의 계수를 나타낸 도면.
도 3은 Mallat에 의해 개발된 알고리즘을 이용한 다중 해상도 방식을 표현하는 것으로서 평균값 영상과 경계선 영상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법의 전반적인 과정을 나타낸 도면.
도 5는 필터 뱅크를 통한 분석의 실행 과정을 나타낸 도면.
도 6은 필터 뱅크를 통한 융합의 실행 과정을 나타낸 도면.
도 7은 분석 과정시 필터의 위치를 나타낸 도면.
도 8은 융합 과정시 필터의 위치를 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법의 전반적인 과정을 나타낸 도면이다.

본 발명은 웨이블릿 기반의 암호화를 통하여 영상 데이터를 복구함에 있어서 원 영상과는 전혀 다른 영상을 생성하여 복원 불가능하게 하는 것으로, 다양한 영상 데이터를 압축의 과정을 이용하여 저장 및 전송시 효율성을 높이기 위하여 웨이블릿 변환을 사용하는 바, 웨이블릿 변환 과정에서 특정 위치의 값을 특정한 값으로 치환함으로써 방대한 전체 데이터를 별도의 처리 없이 역변환의 과정을 통한 원 데이터의 복구가 불가능하게 하여 복제나 위조를 근본적으로 차단할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 디지털 영상 처리 기법을 활용해 군사적 용도가 끝난 보안영상에 대하여 신속하게 폐기할 수 있는 방법에 관한 것으로, 웨이블릿 변환을 이용하여 분석 과정 이전에 원 영상의 첫 번째 라인의 두 개의 픽셀값과 두 번째 라인의 두 개의 픽셀값을 2147833647 또는 -2147833648으로 치환해 최소 레벨(minimum level)까지 처리한 다음에 이 영상들을 다시 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합함으로써 원 영상과 동일한 크기의 영상을 획득하는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 원 영상에서 특정 위치의 값을 치환한 영상을 대상으로 Daubechies에 의해 정의된 웨이블릿 필터의 계수를 이용하여 최소 레벨(minimum level)까지 분석을 실행하여 1개의 평균값 영상과 3개의 데이터 셋의 경계선 영상을 생성한다. 이 과정을 통해 생성된 영상을 인버스 웨이블릿 변환을 통하여 마찬가지로 같은 웨이블릿 필터를 사용하여 원 영상과 동일한 크기를 갖도록 융합(synthesis) 과정을 통하여 원 영상과는 전혀 다른 형태의 암호화된 영상을 생성하게 된다. 최종적으로 생성된 영상이 원 영상과는 전혀 달라 데이터를 직접 삭제하지 않고도 보안영상을 폐기할 수 있는 특징을 가지고 있다.

도 1은 웨이블릿 변환을 이용한 영상의 다중 해상도 분석 과정에 관한 그림으로서 2ⁿ×2ⁿ 크기의 원 영상을 인접한 픽셀들간의 평균값과 차이값을 이용하여 이전 영상의 1/2 크기만큼 점점 줄이면서 표현하는 방식이다.

도 3은 Mallat에 의해 개발된 알고리즘을 이용한 다중 해상도 방식을 표현하는 것으로서 2ⁿ×2ⁿ 크기의 원 영상이 1이라고 한다면 우측 상단, 우측 하단, 좌측 하단에는 1/2 크기의 웨이블릿 계수값을 이용한 고주파 대역을 통과한 영상이 나타나며 수직, 수평 및 대각선 방향의 경계선 영상이 생성되며 좌측 상단에는 1/4 크기의 평균값 영상과 수직, 수평 및 대각선 방향의 경계선 영상이 생성된다.

도 5는 일부 변형된 원 영상을 도 2에 도시된 바와 같이 정의된 웨이블릿 계수에 의하여 열 방향으로 각각 H 필터링과 G 필터링을 한 다음에 다운 샘플링(down sampling)을 하며 각 결과에 대하여 행 방향으로 다시 한 번 반복적으로 H, G 필터링을 실시한 후 다운 샘플링한다. 이 과정을 분석이라 하며, 도 6에서는 분산의 역과정으로서 생성된 4개의 영상에 대하여 행 방향으로 업 샘플링(up sampling)을 한 후에 H', G' 필터링을 한 다음에 각각 합산하고, 이 결과를 열 방향으로 다시 업 샘플링(up sampling)을 한 다음에 H', G' 필터링을 한 후에 이들을 합산하고 그 결과에 대하여 4를 곱함으로써 바로 이전 레벨의 영상을 생성하게 된다. 이를 일반적으로 합성 혹은 융합이라 한다.

도 7과 도 8은 실제 영상에서 각 필터가 행 방향에 따라 연산되는 위치를 보여주고 있다. 일부 변형된 원 영상의 픽셀값이 최소 레벨(minimum level)까지 분석을 하는 과정에서 평균값 영상과 경계선 성분을 보이는 영상의 변형이 단계를 거칠수록 점점 심해져 완전히 이질적인 영상으로 되며, 최소 레벨에서 원 영상과 동일한 크기를 갖을 때까지 융합 과정을 통하여 복구하는 경우에도 원 영상과는 전혀 다른 영상을 생성해 영상의 암호화가 적용되고 실제로 영상을 삭제하지 않고서도 빠른 시간 내에 영상을 폐기할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 웨이블릿 변환을 이용하여 피라미드 구조의 생성시 분석 과정 중에 원 자료의 특정 위치의 픽셀값을 2147833647 또는 -2147833648으로 치환해 피라미드의 제일 꼭대기 단계(minimum level)까지 도 2와 같이 Daubechies에 의해 정의된 웨이블릿 필터의 계수를 이용하여 분석을 실행한다.

이 때 원 자료의 변형으로 인하여 그 다음 레벨에서의 영상 생성시에도 변형된 영상이 생성되며 최소 레벨의 자료의 생성에까지 그 영향을 미치게 된다. 이 변형된 최소 레벨의 자료는 역과정인 인버스 웨이블릿 변환을 통하여 점차 원 자료와 같은 크기의 자료(maximum level)를 최종적으로 생성하게 되는데 이 과정에서도 마찬가지로 자료의 변형이 계속 전파되어 원 자료와는 전혀 다른 암호화된 자료가 생성되어 보안 관련 자료의 신속한 폐기가 가능하다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 데이터의 일부분만 바꿈으로써 방대한 양의 데이터를 전부 삭제하지 않고 데이터 중 일부만 수정하여 원래의 데이터로 복구가 불가능하도록 만들어 버려 신속하게 데이터를 폐기할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 웨이블릿 변환을 이용하여 원 영상을 분석하기 이전에 상기 원 영상의 특정한 부분에 해당하는 픽셀값을 특정 값으로 치환하는 단계;
   상기 픽셀값을 치환함으로 해서 변환된 상기 원 영상을 상기 웨이블릿 변환을 이용하여 최소 레벨까지 분석하는 단계; 및
   상기 최소 레벨까지 분석된 영상들을 상기 웨이블릿 변환의 역인 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 특정한 부분은 상기 원 영상의 첫 번째 라인의 두 개의 픽셀과 두 번째 라인의 두 개의 픽셀이고 상기 특정 값은 2147833647 또는 -2147833648인 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 픽셀값을 치환함으로 해서 변환된 상기 원 영상을 상기 웨이블릿 변환을 이용하여 최소 레벨까지 분석하는 단계는,
   Daubechies에 의해 정의된 웨이블릿 필터의 계수를 이용하여 상기 변환된 상기 원 영상을 대상으로 분석 작업을 수행함으로써 네 개의 영상을 생성하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 최소 레벨까지 분석된 영상들을 상기 웨이블릿 변환의 역인 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합하는 단계는,
   상기 영상들을 상기 인버스 웨이블릿 변환을 이용하여 융합함으로써 상기 원 영상과 동일한 크기의 영상을 최종적으로 획득하는 단계
   를 포함하고,
   상기 획득된 영상은 상기 원 영상과는 전혀 다른 영상으로 상기 원 영상에 대한 암호화를 구현하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반의 암호화를 통한 영상 복원의 불능화 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.

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