專利名稱：一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體信息安全和圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種加密域噪聲圖像數(shù)據(jù)的去噪方法。
背景技術(shù)：
加密技術(shù)是通過(guò)某種變換操作將明文圖像轉(zhuǎn)變成不可理解的密文圖像的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于諸如診療圖像、刑偵圖表和軍事圖像的保密傳輸和存儲(chǔ)等場(chǎng)合。目前已有多種圖 像加密技術(shù)，如像素置亂技術(shù)、基于秘密分割和秘密共享的圖像加密技術(shù)、基于現(xiàn)代密碼學(xué)體制的圖像加密技術(shù)等。本發(fā)明采用像素置亂技術(shù)。像素置亂技術(shù)根據(jù)密鑰將圖像像素點(diǎn)的位置偽隨機(jī)置亂，以達(dá)到隱藏圖像內(nèi)容的目的。由于置亂操作極大的破壞了像素間的相關(guān)性，因此通過(guò)這種方式加密后的圖像，將呈現(xiàn)出雪花點(diǎn)效果，使得圖像內(nèi)容對(duì)無(wú)密鑰的第
三方不可理解。中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，中值濾波的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)窗口的中值代替，并按順序滑動(dòng)窗口，從而平滑圖像，消除孤立的噪聲點(diǎn)。但是，幾乎每個(gè)點(diǎn)的像素值都發(fā)生了變化，效果不是很好。而且如果圖像含有椒鹽噪聲，中值濾波的去噪效果就會(huì)更不理想。為實(shí)現(xiàn)更好的去噪效果，可選用開(kāi)關(guān)中值濾波方案。該方案可使得去噪后圖像的效果更好。開(kāi)關(guān)中值濾波分為兩個(gè)步驟，首先根據(jù)給定的門(mén)限檢測(cè)像素點(diǎn)是否為噪聲點(diǎn)，如果是噪聲點(diǎn)則采用普通中值濾波，如果不是噪聲點(diǎn)則不作處理。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)中值濾波的輸出V Uj為
「nnnRl Wf _ J mLf,\mLrXLi\>Thre.sholdL 」1I5J — I Xi j ,otherwise其中，Hii,」為窗口內(nèi)像素值的中間值?？梢钥闯觯總€(gè)窗口的門(mén)限是固定的，這對(duì)于像素值相差比較大的圖像來(lái)說(shuō)效果不是很理想。所以，近年來(lái)提出了很多對(duì)于開(kāi)關(guān)中值濾波的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在保護(hù)圖像信息安全，保障圖像內(nèi)容不被泄漏的前提下，提供一種在加密圖像的處理領(lǐng)域?qū)用軋D像進(jìn)行有效去噪的的方法。圖像擁有方擁有一幅有噪聲的圖像，希望通過(guò)圖像處理方進(jìn)行去噪處理后傳送給圖像接收方，但由于圖像擁有方不信任圖像處理方，于是進(jìn)行加密后將掩蓋了圖像內(nèi)容的加密圖像傳給圖像處理方進(jìn)行處理。這個(gè)時(shí)候，圖像去噪方處理的就是加密圖像。最后，圖像接收方接收到處理完的加密圖像和圖像擁有方給予的解密密鑰還原出已去噪的圖像。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，包括以下步驟SI :圖像擁有方對(duì)圖像進(jìn)行分塊和置亂加密，將加密圖像傳給圖像去噪方；
S2 :圖像去噪方對(duì)加密后圖像進(jìn)行同樣地分塊操作；S3 :每一分塊根據(jù)像素點(diǎn)的值計(jì)算分塊的均值，再計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差；S4 :根據(jù)每一分塊的均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算門(mén)限值；
S5 :根據(jù)門(mén)限值設(shè)定噪聲區(qū)間，獲得噪聲點(diǎn)；S6 :獲得每一分塊內(nèi)所有像素點(diǎn)的中間值；S7 :噪聲點(diǎn)的像素值由中間值取代；S8 :圖像接收方根據(jù)圖像擁有方給予的密鑰對(duì)處理后的圖像解密。進(jìn)一步，圖像的加密，具體包括以下步驟Sll :圖像擁有方對(duì)圖像進(jìn)行互不重疊的分塊；S12 :依次置亂每一分塊的位置；S13 :依次置亂每一分塊內(nèi)像素點(diǎn)的位置。進(jìn)一步，所述步驟S2中圖像去噪方對(duì)加密后圖像的操作是將圖像分成與Sll中同樣大小的塊。進(jìn)一步，所述步驟S3中的均值及標(biāo)準(zhǔn)差按以下式計(jì)算
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S X S ^( 4:: #:):,式中，s為加密時(shí)每一分塊的長(zhǎng)和寬，j為分塊內(nèi)像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，k為分塊的個(gè)數(shù)，Bk為每一分塊，Ik；J為每一分塊內(nèi)像素點(diǎn)的值。進(jìn)一步，所述步驟S4中門(mén)限值是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算的，具體通過(guò)以下公式計(jì)算Tk = uk±w · a k,式中，參數(shù)ω e [1，2]，是標(biāo)準(zhǔn)差的權(quán)值。進(jìn)一步，所述步驟S5中噪聲點(diǎn)的檢測(cè)，滿足以下公式
「00311 I ,k'j eAJk'J >Mk ^>XCTk ￥k-J<Pk +mX(Tk I h.j 成Mk —^xcri <h,j <Mk +mx(Tk *其中，A為噪聲集合，B為非噪聲集合。進(jìn)一步，所述步驟S6中中間值的確定，是將每一分塊內(nèi)所有的像素點(diǎn)的值按大小排序取中間值得出的。進(jìn)一步，所述步驟S7中噪聲點(diǎn)像素值的取代，具體如下式Ik； j = medk, Ik j e A,式中，medk為每一分塊的中間值。進(jìn)一步，所述步驟S8中圖像接收方的解密操作，具體包括以下步驟S81 :根據(jù)密鑰還原每一分塊內(nèi)像素點(diǎn)的位置；S82 :根據(jù)密鑰還原每一分塊的位置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在新的應(yīng)用場(chǎng)景下，如在云計(jì)算這種去噪任務(wù)通常交由云端(第三方)進(jìn)行處理的環(huán)境中，出于安全性考慮，數(shù)據(jù)擁有方可先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，再將這些加密數(shù)據(jù)交給第三方進(jìn)行去噪。本發(fā)明保護(hù)了圖像的信息安全，保障了圖像內(nèi)容不被泄露。采用圖像分塊置亂方法對(duì)原始圖像進(jìn)行加密，由于在置亂后圖像分塊仍保持有相關(guān)性的特點(diǎn)，使用分塊內(nèi)中值代替噪聲點(diǎn)的方法就能達(dá)到去噪目的。本發(fā)明與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)中值濾波不同的是門(mén)限值不是固定的，是自適應(yīng)的，具有良好的圖像去噪質(zhì)量。將開(kāi)關(guān)中值濾波應(yīng)用在加密圖像的去噪處理中，使得本發(fā)明分塊內(nèi)噪聲點(diǎn)的檢測(cè)更加正確，圖像去噪后的質(zhì)量更好。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)，權(quán)利要求書(shū)，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法系統(tǒng)總體框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像加密的流程；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像去噪的流程；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像解密的流程；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的原始Lena圖像、加噪聲、加密后和去噪解密后的圖像。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法系統(tǒng)總體框圖，如圖所示本發(fā)明的基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法的系統(tǒng)框圖，由3個(gè)功能模塊組成(1)圖像加密(圖像擁有方實(shí)施);(2)圖像去噪(圖像去噪方實(shí)施);(3)圖像解密(圖像接收方實(shí)施)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像加密的流程，具體包括以下步驟Sll :圖像擁有方對(duì)圖像進(jìn)行互不重疊的分塊；S12 :依次置亂每一分塊的位置；S13 :依次置亂每一分塊內(nèi)像素點(diǎn)的位置。下面詳細(xì)描述圖像的加密過(guò)程圖像加密采用像素置亂方式加密，目的是進(jìn)行圖像去噪的一方無(wú)法知曉圖像的具體內(nèi)容。讀取原始圖像I，記其大小為NXNJf I劃分成互不重疊的sXs的小分塊，共可劃分為NXN/(sXs)個(gè)分塊。接著，根據(jù)密鑰首先對(duì)分塊的位置進(jìn)行置亂，然后對(duì)每個(gè)塊內(nèi)的像素點(diǎn)的位置進(jìn)行置亂，得到加密圖像Im。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像去噪的流程，具體包括以下步驟S2 :圖像去噪方對(duì)加密后圖像進(jìn)行同樣地分塊操作；所述S2中圖像去噪方對(duì)加密后圖像的操作是將圖像分成與Sll中同樣大小的塊。S3 :每一分塊根據(jù)像素點(diǎn)的值計(jì)算分塊的均值，再計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差；
所述步驟S3中的均值及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，如下式
權(quán)利要求
1.一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于包括以下步驟 Si:圖像擁有方對(duì)圖像進(jìn)行分塊和置亂加密，將加密圖像傳給圖像去噪方； . 52:圖像去噪方對(duì)加密后圖像進(jìn)行同樣地分塊操作； ..53:每一分塊根據(jù)像素點(diǎn)的值計(jì)算分塊的均值，再計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差； . 54:根據(jù)每一分塊的均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算門(mén)限值； . 55:根據(jù)門(mén)限值設(shè)定噪聲區(qū)間，獲得噪聲點(diǎn)； .56:獲得每一分塊內(nèi)所有像素點(diǎn)的中間值； .57:噪聲點(diǎn)的像素值由中間值取代； .58:圖像接收方根據(jù)圖像擁有方給予的密鑰對(duì)處理后的圖像解密。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述SI中的圖像加密方法如下 .511:圖像擁有方對(duì)圖像進(jìn)行互不重疊的分塊； . 512:依次置亂每一分塊的位置；. .513:依次置亂每一分塊內(nèi)像素點(diǎn)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述S2中圖像去噪方對(duì)加密后圖像的操作是將圖像分成與Sll中同樣大小的塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述步驟S3中的均值及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，如下式
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述步驟S4中門(mén)限值是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算的，如下式Tk = uk±w · σ k， 式中，參數(shù)ω e [1，2]，是標(biāo)準(zhǔn)差的權(quán)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述步驟S5中噪聲點(diǎn)的檢測(cè)，如下式
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述步驟S6中中間值的確定，是將每一分塊內(nèi)所有的像素點(diǎn)的值按大小排序取中間值得出的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述步驟S7中噪聲點(diǎn)像素值的取代，如下式Ik, j — medk，Ik’j ^ A, 式中，medk為每一分塊的中間值。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，其特征在于所述 步驟S8中圖像接收方的解密操作如下 581:根據(jù)密鑰還原每一分塊內(nèi)像素點(diǎn)的位置； 582:根據(jù)密鑰還原每一分塊的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于開(kāi)關(guān)中值濾波的加密圖像去噪方法，屬于多媒體信息安全和圖像處理領(lǐng)域。涉及圖像擁有方，圖像去噪方和圖像接收方，圖像擁有方擁有一幅有噪聲的圖像，希望通過(guò)圖像去噪方進(jìn)行去噪處理后傳送給圖像接收方，但由于圖像擁有方不信任圖像去噪方，于是進(jìn)行加密后將掩蓋了圖像內(nèi)容的加密圖像傳給圖像去噪方進(jìn)行處理。首先利用一種特定的圖像加密方法對(duì)圖像進(jìn)行加密，由于加密圖像的特殊性，使用未遍歷的開(kāi)關(guān)中值濾波進(jìn)行去噪處理先對(duì)圖像分塊，找到每一塊的均值，標(biāo)準(zhǔn)差和中值；然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差獲得門(mén)限確定噪聲點(diǎn)；最后用中值代替噪聲點(diǎn)的像素值。本發(fā)明不僅有效地實(shí)現(xiàn)了圖像去噪，還保護(hù)了圖像的信息安全。
文檔編號(hào)H04L9/32GK102903082SQ20121034172
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者張思杰, 喻潔, 沈凱捷, 殷悅, 石嶺, 徐鵬, 翟麗紅 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)