计算机图象处理技术在图视密码学中的研究与应用-计算数学及应用软件专业论文.docx

计算机图象处理技术在图视密码学中的研究与应用计算数学及应用软件 计算机图象处理技术在图视密码学中的研究与应用 计算数学及应用软件 图视密码学(Visual 由Naor和Shamir在国际密码学研究学会(L4CR)组织的1994年国际密码学欧洲年会 上提出，将现代密码学和计算机数字图象处理结合起来，形成了一个新的研究热点。图 视密码学方案的思想源于(t栉)阈值秘密共享方案，该方法的解密过程不需要任何密码 学的知识，也没有复杂的计算过程，直接利用人类视觉系统的特性对重叠的图象进行解 密。在安全性上，可以确保截取者无法从个别的分存图象中得到任何与秘密图象有关的 信息。它的提出距今不过短短数年，陆续有不少学者提出了有关的研究成果，已经有许 多文献资料发表，得到了越来越多的关注与重视。 本文主要对数字图象信息安全的图视密码学加以研究和探讨，引入数字图象处理分 色技术和抖动(dither)技术，对灰度图象和彩色图象的图视密码学进行研究与实现， 提出对256级灰度图象和24位真彩色图象的的图视密码学的新的设计方法，取得了较 好的效果，并探讨了图视密码学在信息安全等方面的应用。 在绪论中，结合国内外研究的发展趋势，介绍有关数字图象图视密码学的研究进展。 第二章中，对二值图象的图视密码学方案进行了说明。 第三章中，对灰度图象的图视密码学方案进行了讨论，原有的灰度图象的图视密码 学方案中，初始秘密图象的灰度等级越多，其用来分存图象的n×巩矩阵的集合 Do,191，．,Di，．．．，Dg-1的数量就越多，为保证恢复秘密图象时不同的灰度级具有差别，而且 被禁止的集合的参与者的分存图象相互之间不可区分，不但生成矩阵的设计会越困难， 而且像素扩展会很大，其矩阵的规模也会很大，运算复杂度很大，运算时间很长，生成 的分存图象也很大，也不便于实用。本文提出了几种基于图像处理的抖动方法的灰度图 象图视密码学技术的新方法：基于Bayer矩阵抖动方法的灰度图象图视密码学方案、基 V 于瓶矩阵抖动方法的灰度图象图视密码学方案、基于Floyd-Steinberg误差扩散抖动方 于瓶矩阵抖动方法的灰度图象图视密码学方案、基于Floyd-Steinberg误差扩散抖动方 法的灰度图象图视密码学方案和基于Stevenson-arce误差扩散抖动方法的灰度图象图视 密码学方案，实现了对256级灰度图象的图视密码学方案。该技术的贡献在于，将图像 处理的抖动方法引入灰度图象图视密码学中，基于人眼的积分特性和低通特性，利用图 像的空间平均来重现灰度层次感觉，用二值图象来模拟输出连续色调图象。使256级灰 度图象的图视密码学方案具有实现简单、效率高、像素扩展小、可以充分表现灰度层次、 具有安全性、可以直接使用二值图象图视密码学基本矩阵等特点，实验结果也证实了基 于抖动方法的算法的安全性和高效性。 采用8×8Bayer矩阵(也称为尬矩阵)实现的基于Bayer矩阵抖动方法的灰度图象图 视密码学方案，具有算法简单、效率商、计算量小的优点；缺点是容易产生有结构的单 元模式，会产生伪纹理。为改进基于Bayer矩阵抖动方法的灰度图象图视密码学方案的 效果，采用16x16矩阵M4来做抖动矩阵，实现的基于M4矩阵抖动方法的灰度图象图 视密码学方案，其优点是算法简单、效率高、计算量小；对伪纹理情形有一定的改进。 基于Bayer矩阵和基于M4矩阵的抖动处理方法实际上都是规则抖动方法，特点是程序 算法简单、效率高，缺点是易产生伪纹理。 采用基于Floyd-Steinberg误差扩散抖动方法的灰度图象图视密码学方案来处理256 级灰度图象，利用原图像中某一像素的灰度值与输出二值图像对应像素灰度之间的误 差，将这个误差分配到相邻几个像素，使相邻像素共同承担该像素的灰度值，这样两个 图像灰度平均在局部达到一致，从而使整个图像的灰度值与输出二值图像的总误差达到 最小，较好地保留了图像细节，并且灰度分布比较自然；其缺点是计算量有些增大，对 比度还不是特别满意。基于Floyd-Steinberg误差扩散抖动方法的灰度图象图视密码学方 案，还可以作改进，使更多的像素之间进行计算，使误差扩散给更多的点，采用这样方 法实现的基于Stevenson—arce误差扩散抖动方法的灰度图象图视密码学方案来处理256 级灰度图象，较好地保留了图像细节，并且灰度分布比较自然：其缺点也是计算量增大。 第四章中，首先说明了彩色图象图视密码学相关的色度学原理以及彩色图象数字处 理模型，介绍了最常用的RGB和CMY色彩模式。然后基于灰度图象的图视密码学模 型给出一个新的彩色图象的图视密码学模型，基于二值图象的图视密码学模型给出一个 新的彩色图象的图视密码学模型。但经过实验发现，使用上述方法，原图象可用色彩数 目较少，当色彩数增加时，效率低；而