CN107203798A - 一种限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,生成阶段:对数据进行分级,以矩阵的形式排列所有的数据,通过编码器将高优先级的安全密钥数据编入该二维码的低分辨率的模糊层中,将低优先级的实际通信数据编入该二维码的高分辨率的高清层中,实现安全密钥数据的隐形,并最终映射为二维码。识别阶段:提取二维码图像,先以模糊DSP的方式,提取高优先级隐形安全密钥,密钥数据正确,证明该二维码安全,则扫码人具有相应的权限,再对二维码进行高清DSP,通过解码器提取实际的通信数据。本发明限制使用人群,当具有被分配到的且封装好密钥时(有权限访问),可以解码完整的信息;当不具有时(无权限),只能解码出无安全隐患的基本信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,具体涉及一种通过小波变换实现的限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,属于图像信息编解码技术领域。
背景技术
随着个人电子支付行业的兴起,二维码以其方便、快捷的优势得到了广泛的应用。二维码是以某种特定几何图形按一定的规则在二维平面分布的黑白相间的图形用于记录数字符号信息。在代码编制上巧妙地利用“0”、“1”比特流的概念,黑色图案对应逻辑“1”比特,白色图案对应逻辑“0”比特,二维码能在一平面的两个方向上同时表达信息,因此很小的二维码具有存储大量信息的能力。它通过图像输入设备显示,通过光电扫描设备按照规则进行自动的识别。
近年来,不法分子通过在二维码中植入钓鱼网站、病毒等进行金融犯罪的情况屡见不鲜,然而二维码它作为互联网接口的作用在目前看来具有不可替代性,因此如何保证人们在使用二维码进行通信的同时,不被不法分子利用,亟待解决,所以一种可以提供安全鉴别的二维码便呼之欲出了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,在生成及识别二维码时,需要加入和读取具有高优先级的隐形安全密钥,以限制使用的人群,保障二维码通信的信息安全。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,所述生成方法包括如下步骤:
步骤1,在原有的通信数据中加入密钥数据,组成二进制数据,对二进制数据进行分级并且密钥数据的优先级最高;
步骤2,将密钥数据和所有的通信数据均转换成元素值为-1或1的方阵,且每个方阵的行、列都相等,将所有的方阵组合成矩阵D,D的形式如下:
步骤3,对矩阵D进行2D快速哈尔小波逆变换,转换为矩阵X,转换过程中使用的小波变换矩阵的阶数与矩阵D的行数或列数相等;
步骤4,将矩阵X映射为二维码,该二维码的大小为矩阵X的行数和列数的乘积,矩阵X中每一个元素对应二维码的一个色块,用归一化的灰度表示这些色块,得到图形背景二维码;
所述识别方法包括如下步骤:
步骤5,提取图形背景二维码,通过图像处理将图形背景二维码转换为矩阵;
步骤6,通过2D快速哈尔小波变换将步骤5得到的矩阵中的密钥数据解码出来,解码过程中使用的小波变换矩阵的阶数为矩阵D的行数或列数的1/2;
步骤7,核对密钥数据信息,若密钥核对错误,则不解码通信数据,若密钥核对正确,则通过2D快速哈尔小波变换将步骤5得到的矩阵中的密钥数据和通信数据均解码出来,解码过程中使用的小波变换矩阵的阶数与矩阵D的行数或列数相等。
作为本发明的一种优选方案,所述步骤3转换公式为:
其中,Xu,v表示矩阵X第u行v列的元素,dm,n表示矩阵D第m行n列的元素,p为矩阵D的行数或列数,Hp为p行p列的小波变换矩阵,表示Hp第n行v列的元素,表示Hp第m行u列的元素。
作为本发明的一种优选方案,所述小波变换矩阵Hp的形式如下:
作为本发明的一种优选方案,步骤6所述2D快速哈尔小波变换的公式为:
其中,表示解码出来的矩阵第m行n列的元素,表示经步骤5图像处理得到的矩阵第u行v列的元素,Hq为q行q列的小波变换矩阵,q=p/2,表示Hq第n行v列的元素,表示Hq第m行u列的元素。
作为本发明的一种优选方案,步骤7所述2D快速哈尔小波变换的公式为:
其中,表示解码出来的矩阵第m行n列的元素,表示经步骤5图像处理得到的矩阵第u行v列的元素,Hp为p行p列的小波变换矩阵,表示Hp第n行v列的元素,表示Hp第m行u列的元素。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
1、本发明方法具有限制使用人群的效果,当具有被分配到的且封装好密钥时(有权限访问),可以解码完整的信息;当不具有时(无权限),只能解码出无安全隐患的基本信息。
2、本发明方法具有安全优先的效果,按照数据优先级对二维码进行读取,安全密钥的优先级最高。
3、本发明方法在二维码中引入层级的概念:高清层与模糊层。
4、相较于现有的安全二维码技术,大多是在二维码中加入显性的安全色块,易被仿照或破解;而本发明方法是将高优先级的安全数据以某种编码规则编入二维码的图像中,其具有隐形的特性。
附图说明
图1是本发明限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法的整体架构图。
图2是本发明方法中生成阶段的流程图。
图3是本发明方法中识别阶段的流程图。
图4是本发明方法中一个二维码实施例的两个层次。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示,本发明提出一种通过小波变换实现的限制访问型图形背景二维码生成识别技术,其可以应用于限制使用人群,当具有被分配到且封装好密钥时(有权限访问),可以解码完整的信息;当不具有时(无权限),只能解码出无安全隐患的基本信息。它不沿用现有二维码标准但具有二维码的图像背景。即便可以模仿本发明的二维码图像,但因为不具有封装好安全密钥(无权限),也无法进行进一步的访问,通过限制访问人群实现更加安全的二维码通信。生成时:利用快速哈尔小波逆变换(IFHWT:inverse fast Haar wavelettransform),对数据进行编码,将高优先级的密钥数据编入该二维码的低分辨率的模糊层中,将低优先级的实际数据编入该二维码的高分辨率的高清层中,实现密钥数据的隐形。识别时:利用快速哈尔小波变换(FHWT:fast Haar wavelet transform),先以模糊DSP(数字信号处理)的方式,提取高优先级隐形秘钥,密钥数据正确,证明该二维码安全,再对二维码进行高清DSP,提取实际需要传输的数据,使二维码通信更加安全。
本发明方法包括两个阶段:生成阶段和识别阶段。
1、如图2所示,生成阶段包括如下步骤:
步骤1:对二进制数据进行分级,密钥数据优先级最高,其他实际的通信数据可以赋予中等或低优先级;
步骤2:对二进制数据进行编码,将密钥和实际通信数据分别放入一个二维码的两层中;
步骤2-1:将所有的数据以矩阵的形式排列,排列方式为:
其中D矩阵中元素取值为-1或1,其中第m行、n列的数据为dm,n;
步骤2-2:对上述数据进行2D IFHWT变换,将输入的数据矩阵D转化为矩阵X,则矩阵X第u行、v列的元素为:
这里为矩阵Hp第m行、n列的一个元素,p行p列的Hp变换矩阵如下:
步骤3:将矩阵X映射为像素点p*p的二维码,即矩阵中的每一个元素对应为二维码的一个色块,矩阵X中的元素取值变为{0,1/4,1/2,3/4,1},这个简易二维码每个像素点拥有5个取值,可以用5个归一化的灰度进行表示,形成一个具有二维码特征的黑白图像。
2、如图3所示,识别阶段包括如下步骤:
步骤1:对二维码进行提取;
步骤2:以模糊DSP的方式对二维码进行图像处理,即为模糊层,此时原本像素点p*p的二维码则变为像素点q*q的二维码(q=p/2),这是基于平均灰度的概念,即几个相邻的像素点具有某种平均灰度。这时,实际通信数据部分信息丢失,二维码信息中只剩下优先级较高密钥数据,可以通过q阶2D FHWT变换被解码出来,其解码过程为:
密钥信息被还原;
步骤3:核对密钥信息;
步骤3-1:密钥核对错误,不对二维码进行高清DSP处理,不解码实际数据,保证通信的安全性;
步骤3-2:密钥核对正确,对二维码进行高清DSP处理,通过p阶2D FHWT变换解码所有的数据,还原通信信息,即为高清层,其解码过程为:
下面以像素点16*16的二维码为实施例:
1、对二进制数据进行分级,按照前述要求,其矩阵的摆放规则如下:
D11、D12、D21、D22均为8*8的矩阵,其中D11为高优先级的安全密钥,其他为中等或低优先级的实际通信数据。
2、生成二维码和识别二维码的过程分别如图2和图3所示,其中2D IFHWT和2DFHWT数学模型分别表示为:
3、FHWT变换中核心的变换矩阵Hp的写法规则如下,以8阶、16阶分别为例,以此类推:
4、像素点16*16的二维码,它的高清层和模糊层如图4所示。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,其特征在于,所述生成方法包括如下步骤:
步骤1,在原有的通信数据中加入密钥数据,组成二进制数据,对二进制数据进行分级并且密钥数据的优先级最高;
步骤2,将密钥数据和所有的通信数据均转换成元素值为-1或1的方阵,且每个方阵的行、列都相等,将所有的方阵组合成矩阵D,D的形式如下:
步骤3,对矩阵D进行2D快速哈尔小波逆变换,转换为矩阵X,转换过程中使用的小波变换矩阵的阶数与矩阵D的行数或列数相等;
步骤4,将矩阵X映射为二维码,该二维码的大小为矩阵X的行数和列数的乘积,矩阵X中每一个元素对应二维码的一个色块,用归一化的灰度表示这些色块,得到图形背景二维码;
所述识别方法包括如下步骤:
步骤5,提取图形背景二维码,通过图像处理将图形背景二维码转换为矩阵;
步骤6,通过2D快速哈尔小波变换将步骤5得到的矩阵中的密钥数据解码出来,解码过程中使用的小波变换矩阵的阶数为矩阵D的行数或列数的1/2;
步骤7,核对密钥数据信息,若密钥核对错误,则不解码通信数据,若密钥核对正确,则通过2D快速哈尔小波变换将步骤5得到的矩阵中的密钥数据和通信数据均解码出来,解码过程中使用的小波变换矩阵的阶数与矩阵D的行数或列数相等。
2.根据权利要求1所述限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,其特征在于,所述步骤3转换公式为:
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其中,Xu,v表示矩阵X第u行v列的元素,dm,n表示矩阵D第m行n列的元素,p为矩阵D的行数或列数,Hp为p行p列的小波变换矩阵,表示Hp第n行v列的元素,表示Hp第m行u列的元素。
3.根据权利要求2所述限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,其特征在于,所述小波变换矩阵Hp的形式如下:
4.根据权利要求2所述限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,其特征在于,步骤6所述2D快速哈尔小波变换的公式为:
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其中,表示解码出来的矩阵第m行n列的元素,表示经步骤5图像处理得到的矩阵第u行v列的元素,Hq为q行q列的小波变换矩阵,q=p/2,表示Hq第n行v列的元素,表示Hq第m行u列的元素。
5.根据权利要求1所述限制访问型图形背景二维码的生成和识别方法,其特征在于,步骤7所述2D快速哈尔小波变换的公式为:
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其中,表示解码出来的矩阵第m行n列的元素,表示经步骤5图像处理得到的矩阵第u行v列的元素,Hp为p行p列的小波变换矩阵,表示Hp第n行v列的元素,表示Hp第m行u列的元素。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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