CN107835332B - 叠加人工噪声信息的二维码生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叠加人工噪声信息的二维码生成方法，其步骤如下将原始信息通过编码方式换成比特流；将所述比特流转换为所述原始信息的图像灰度值；加载认证信息，并生成所述认证信息的图像灰度值，所述认证信息是人工噪声，所述人工噪声的强度控制在上限和下限之间；将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像；在所述叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码，以及一种叠加人工噪声信息的二维码生成装置。

Description

叠加人工噪声信息的二维码生成方法及装置
技术领域
本发明涉及一种叠加人工噪声信息的二维码生成方法及装置。
背景技术
近年来，二维码已经成为通用的信息载体，具有存储信息量大、应用范围广、抗噪抗干扰能力强等特点，并且随着智能手机的推广而不断地普及，特别是在身份验证、网络传输、电子证书及票据等方面得到了广泛的应用。然而，二维码的生成、复制、传输、接收等操作存在着比较多的漏洞，容易被人破解、制伪及滥用，因此，如何提高二维码的安全性，特别在复制过程中的安全性成为目前关注的重点。
现阶段人们对于二维码的使用已经不仅局限于公众号的添加和商品费用的支付，在广泛使用的同时，人们越来越关注二维码的安全性问题。现有技术中结合在扫描-打印过程中二维码的通信信道模型和物理设备(扫描、打印设备)特征，在原始二维码信息经过编码和调制之后，进入通信信道传输之前，将认证信息以人工噪声的形式叠加到原始信息上并一起传送进通信信道中，通过比较分析图像修复后的二维码与去除噪声之后的二维码，可以将认证信息从接收端提取出来，利用约定好的密钥与解码技术完成对认证信息的解码，从而完成了对此二维码的认证，提高了其在通信过程中的安全性。
上述方法将认证信息以噪声的形式叠加到用户信息上，设定的叠加噪声能量参数的方法都是基于经验估计的，并没有***的方法去设置这个参数。这种方法，在一定程度上能增强二维码安全性，但是也带来了一些问题。其缺点就是理论性不强，无法准确地设置最优的叠加噪声能量强度，以实现最低的被复制概率。
综上所述，近年来人们已经意识到二维码在生成以及复制控制方面问题，并提出了一些解决方案，且对生成复制方面带来了有效的控制。然而在对叠加噪声能量参数进行设定的时候采用的仅仅是凭借着经验的方法，理论性不强，没有***的，高效的的方法来设定，从而使得最低被复制概率的难度增加了，也多了更多的不确定性。
发明内容
由于现阶段人们对于二维码的使用已经不仅局限于公众号的添加和商品费用的支付，在广泛使用的同时，人们越来越关注二维码的安全性问题。为更好地提高二维码在复制过程中的安全性，本发明提出了以下技术方案。
本发明第一方面涉及了一种叠加人工噪声信息的二维码生成方法，其步骤如下：将原始信息通过编码方式转换成比特流；将所述比特流转换为所述原始信息的图像灰度值；加载认证信息，并生成所述认证信息的图像灰度值，所述认证信息是人工噪声，所述人工噪声的强度控制在上限和下限之间；将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像；在所述叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述人工噪声的强度的上限和下限由下述步骤确定，设置不同的灰度值，所述灰度值自小到大或自大到小依次排列，确定相邻的所述灰度值的差值，所述差值即为所述人工噪声的方差的上限；信息在信道中传输，存在信道噪声，确定所述信道噪声的方差，所述信道噪声的方差即为所述人工噪声的方差的下限。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述人工噪声的强度的上限和下限还由下述步骤确定：若所述二维码依次经过一次打印、扫描、二次打印和拍摄时，确认一次打印的第一噪声方差，扫描的第二噪声方差，二次打印的第三噪声方差，拍摄的第四噪声方差，计算第一噪声方差、第二噪声方差、第三噪声方差和第四噪声方差之和作为第一总噪声方差，所述第一总噪声方差即为所述人工噪声的方差的上限；若所述二维码依次经过一次打印和拍摄时，计算一次打印的第一噪声方差和拍摄的第四噪声方差之和作为第二总噪声方差，所述第二总噪声方差即为所述人工噪声的方差的下限。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括，所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值采用中心对齐的方式进行叠加。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括，所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值的叠加位置可以是分散的形式。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括，所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值的叠加位置采用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式进行设置，并且保密。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括，所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值以指定图案进行叠加。
在本发明所涉及的二维码生成方法中，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括，所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值以指定灰度值进行叠加。
本发明第二方面涉及了一种叠加人工噪声信息的二维码生成装置，其包括：比特流生成模块：将原始信息通过编码方式转换成比特流；图像转换模块：将所述比特流转换为所述原始信息的图像灰度值；认证信息加载模块：加载认证信息，并生成所述认证信息的图像灰度值，所述认证信息是人工噪声，所述人工噪声的强度控制在上限和下限之间；图像叠加模块：将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像；二维码生成模块：在所述叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码。
在本发明所涉及的二维码生成装置中，所述认证信息加载模块还包括人工噪声控制模块，其确定所述人工噪声的强度的上限和下限，步骤为设置不同的灰度值，所述灰度值自小到大或自大到小依次排列，确定相邻的所述灰度值的差值，所述差值即为所述人工噪声的方差的上限；信息在信道中传输，存在信道噪声，确定所述信道噪声的方差，所述信道噪声的方差即为所述人工噪声的方差的下限。
在本发明所涉及的二维码生成装置中，所述人工噪声控制模块确定所述人工噪声的强度的上限和下限的步骤还包括：若所述二维码依次经过一次打印、扫描、二次打印和拍摄时，确认一次打印的第一噪声方差，扫描的第二噪声方差，二次打印的第三噪声方差，拍摄的第四噪声方差，计算第一噪声方差、第二噪声方差、第三噪声方差和第四噪声方差之和作为第一总噪声方差，所述第一总噪声方差即为所述人工噪声的方差的上限；若所述二维码依次经过一次打印和拍摄时，计算一次打印的第一噪声方差和拍摄的第四噪声方差之和作为第二总噪声方差，所述第二总噪声方差即为所述人工噪声的方差的下限。
本发明结合在扫描-打印过程中二维码的通信信道模型和物理设备(扫描、打印设备)特征，在原始二维码信息经过编码和调制之后，进入通信信道传输之前，将认证信息以人工噪声的形式叠加到原始信息上并一起传送进通信信道中，通过比较分析图像修复后的二维码与去除噪声之后的二维码，可以将认证信息从接收端提取出来，利用约定好的密钥与解码技术完成对认证信息的解码，从而完成了对此二维码的认证，提高了其在通信过程中的安全性。其中认证信息的强度有上限和下限，使认证信息的解码的误码率最低同时增强防复制的效果。
附图说明
图1是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二维码生成及解码的原理框图；
图2是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二维码生成方法的流程图；
图3是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二二维码解码方法的流程图；
图4是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二维码生成装置的结构图；
图5是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二二维码解码装置的结构图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
图1是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二维码生成及解码的原理框图；图2是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二维码生成方法的流程图。
在本实施方式中，如图1所示，在二维码复制过程中叠加人工噪声信息的二维码生成方法及解码的原理包括编码、调制、认证、去认证、解调、解码等过程，图中还显示了生成和获取过程中的信道。
在本实施方式中，如图2所示，叠加人工噪声信息的二维码生成方法可以包括以下步骤：比特流生成步骤201：将原始信息通过编码方式转换成比特流。在本实施方式中，用户输入的原始信息可以有很多类型，包括字符、网址、图片、名片等等信息，通过编码，可以将以上信息转变为比特流。为了进一步压缩数据，提高传输效率，可以采用信源编码对比特流进行处理，另外还需要进行信道编码，提高数据传输的可靠性。
在本实施方式中，还包括图像转换步骤202：将比特流转换为原始信息的图像灰度值。认证信息加载步骤203：加载认证信息，并生成认证信息的图像灰度值，认证信息是人工噪声，人工噪声的强度控制在上限和下限之间。
在本实施方式中，认证信息可以采用多种类型的方式，例如常见的密文形式、水印信息等等，还可以生成有高斯白噪声特征的噪声，特别是具有统计独立特性的白噪声，从而这种方式不仅能够最大限度地以较小的干扰将需要隐藏的认证信息加到原始数据中去，而且便于获取方分离认证信息。
在本实施方式中，还包括图像叠加步骤204：将认证信息的图像灰度值叠加到原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像。加载认证信息的过程一般通过叠加的方式，也可以采用其他类型的运算，例如，异或、同或、相与、拼接运算等。将认证信息的图像灰度值叠加到原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像。
在本实施方式中，认证信息是高斯白噪声，高斯白噪声的方差是在一个范围内取得的，即高斯白噪声的方差既要大于该范围的下限，又要小于该范围的上限。一般需要对每一个星座点进行独立的建模，找到该模型的方差，并叠加的一个合适的值，可以使其解码的误码率最低同时增强防复制的效果，这个合适的值受限于多个因素。例如。信道噪声、打印噪声等。
在本实施方式中，人工噪声的强度的上限和下限由下述步骤确定：设置不同的灰度值，灰度值自小到大或自大到小依次排列，确定相邻的灰度值的差值，差值即为人工噪声的方差的上限；信息在信道中传输，存在信道噪声，确定信道噪声的方差，信道噪声的方差即为人工噪声的方差的下限。
在一些示例中，上限的确定如下，加载认证信息即人工噪声时，由于是在二维码图像中，设置4个不同的灰度值，灰度值自小到大或自大到小依次排列，例如：40，100，160，220。确定相邻的灰度值的差值是60，由于设置的噪声的方差Δσ作用于其中一个灰度值之后必须要小于下一灰度值，例如：Δσ作用于100灰度值上必须要小于160灰度值，否则在最后提取认证信息的时候必定会发生错误，误码率增加。所以说，叠加的人工噪声的方差Δσ的上限就是要小于预设的灰度值之间的差值60。灰度值的个数是星座点的个数，相邻的灰度值的差值是相邻两个星座点之间的差值。本实施方式不限于此，例如，灰度还可以是8个或16个，相邻的灰度值的差值可以是50或100等。
相应的，下限的确定如下，在信道中传输时，由于信道噪声的存在，认证信息即人工噪声的4个灰度值必然无法恒为40，100，160，220，灰度值会在一定的范围内上下波动，成为4个小区间，以100灰度值为例，它可能在传输之后会变成一个90～110的灰度值区间，此时，如果叠加的能量过小的话，它就会被90～110这个范围的方差所淹没，而使得该噪声的叠加失去了意义。所以说，叠加的噪声的方差Δσ的下限要大于该信道噪声的方差。但本实施方式不限于此，例如，灰度还可以是8个或16个，相邻的灰度值的差值可以是50或100等。
另外，在本实施方式中，人工噪声的强度的上限和下限还由下述步骤确定，若二维码依次经过一次打印、扫描、二次打印和拍摄时，确认一次打印的第一噪声方差，扫描的第二噪声方差，二次打印的第三噪声方差，拍摄的第四噪声方差，计算第一噪声方差、第二噪声方差、第三噪声方差和第四噪声方差之和作为第一总噪声方差，第一总噪声方差即为人工噪声的方差的上限；若二维码依次经过一次打印和拍摄时，计算一次打印的第一噪声方差和拍摄的第四噪声方差之和作为第二总噪声方差，第二总噪声方差即为人工噪声的方差的下限。
在一些示例中，上限的确定还可以如下，若二维码图像被他人非法利用，非法获取二维码的操作至少包括两次打印、一次打印和扫描。例如，叠加的人工噪声的方差Δσ受限于打印，拍摄与打印，扫描，再打印，最后再拍摄的噪声方差的差值，每次打印，扫描，拍摄都会引入噪声，反映到方差上就是噪声的方差会叠加。具体来说如下：若他人非法利用二维码图像，通过对二维码进行扫描，打印之后，引入的噪声方差为：第一次打印的噪声方差σ1，扫描的噪声方差σ2(σ1＜σ2),第二次打印的噪声方差σ1(也可以与第一次打印的噪声方差不相同)，拍摄的噪声方差σ3，故该噪声方差之和为σ上＝σ1+σ2+σ1+σ3，叠加的噪声方差Δσ需要小于σ上，若Δσ大于σ上，认证信息不会被方差为σ上的噪声覆盖掉，还可以被提取出来，因此，σ上是Δσ的上限。
相应的，下限的确定如下，用户正常运用二维码图像时，经过一次拍摄和打印，在这种情况下，一次打印的噪声方差σ1与拍摄的噪声方差σ3之和，记为σ下＝σ1+σ3，若Δσ小于σ下，用户也就无法将认证信息提取出来，因此，σ下是Δσ的下限。
另外，在本实施方式中，不同的移动设备，不同的读取环境，该值都有可能不同，由于一些无法克服的客观因素，故设置的噪声的强度是一个相对最为合适的值。
在本实施方式中，可以利用直方图获得上限和下限。提取出来的认证信息是是近似满足正态分布的，通过分析正态分布的统计特性，设置不同的σ，调整到一个最佳的状态。例如，使用打印，扫描，再打印，最后拍摄的方法，将认证信息提取出来，绘制出的直方图就是方差的一个上限；再通过直接打印，拍摄将认证信息提取出来，绘制出的直方图就是方差的一个下限，通过分析和计算，找到最佳的σ，完成对噪声强度的设置。
在本实施方式中，还包括二维码生成步骤205：在叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码。
在本实施方式中，如图2所示，信道为示意性的，作为二维码在复制过程中，从生成到获取所经过的数据通道。通常地，这种信道是传输型的，但也可以表示生成到获取之间的过程。例如，用户在二维码生成之后，通过打印的方式将二维码呈现在纸质媒介上，例如打印在广告牌上，其他授权用户可以通过拍摄或者扫描的方式获取二维码，这种生成→打印→扫描的过程可以认为是通过了信道。
在本实施方式中，经过信道后的二维码不可避免地混入了信道噪声，这种噪声可以包括光线、明暗、阴影、折射、扭曲、模糊、锐化、缺失等原因带来的。一般地，二维码本身有很强的纠错能力，但获取二维码之后还可以通过滤波、或者调制、或者解调的方式去除图像上的噪声，而这些噪声往往是信道噪声。
在本实施方式中，在加载认证信息的过程中，可以通过叠加方式加载，本发明考虑将选择叠加位置、选择叠加角度或者选择其他的叠加方式作为避免被非法复制的途径。比如可以采用以下一些方式来进行叠加。
在本实施方式中，从叠加的位置上考虑，可以将原始信息的图像灰度值和认证信息的图像灰度值采用中心对齐的方式进行叠加；还可以将认证信息进行分散，同时在图像的角落处进行叠加；也可以将认证信息进行拉长，沿着二维码的边线进行叠加。特别要提到的，叠加的位置可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的位置，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
在本实施方式中，从叠加的图案上考虑，可以将认证信息形成指定的图案后，再进行叠加；还可以按照指定的图案来进行叠加，例如可以采用“圆环”的图案将认证信息进行叠加。特别要提到的，叠加的图案可以保密，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的图案，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
另外，在本实施方式中，从叠加的角度上考虑，可以在认证信息的图案确定之后，旋转不同的角度进行叠加。特别要提到的，叠加的角度可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的角度，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
在本实施方式中，从其他的叠加方式上考虑，可以依据指定灰度值进行叠加，比如，叠加到灰度值为100的所有模块上去。特别要提到的，叠加的灰度可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的灰度，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
此外，以上多种叠加的可能性可以进一步地组合，例如，可以同时考虑从叠加的位置和叠加的图案上进行处理，此时，叠加的位置可以选择例如角落，叠加的图案可以选择例如方形、圆形、或者特定的图案。
图3是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二二维码解码方法的流程图。
在本实施方式中，如图3所示，在二维码经过信道，并且被获取之后，需要对二维码进行解码，与二维码生成过程中的步骤相对应，解码的步骤包括：在获取步骤208，获取二维码。在本实施方式中，可以通过各种可能的方式来获取二维码。例如，通过拍摄或者扫描获取二维码，也可以通过预存、下载、即时传输、邮件接收等方式获取二维码图片，再利用图片处理程序提取其中的二维码。
在本实施方式中，还包括恢复步骤209，将获取的二维码图像，经过图像恢复步骤，还原二维码灰度图像在通信信道中所受到的形状畸变、颜色和/或亮度失真，得到二维码的第一灰度图像。
在本实施方式中，还包括去除步骤210：将获取的二维码图像，经过图像恢复步骤，还原二维码灰度图像在通信信道中所受到的形状畸变、颜色和/或亮度失真，得到二维码的第一灰度图像。在生成二维码到获取二维码的中间过程中，信道可能导致产生一些误码，这种误码需要通过解码来纠正。
在本实施方式中，第二灰度图像对应的是在生成过程中，加载认证信息之前的图像数据，因此，将解码前的第一灰度图像与解码后的灰度图像进行差值运算，即可以得到信道噪声与认证信息。在这种情况下，需要采用BCH解码方法将认证信息与信道噪声分离。
在本实施方式中，还包括解码解调步骤211：将解调后的第二灰度图像经过信源解码操作，得到无噪声的原始比特流。
在本实施方式中，还包括二次解码调制步骤212：通过二次编码和二次调制将无噪声原始比特数据转换成无噪声的二维码灰度值。最后，通过对认证信息的解码，完成对用户所编码信息的加密与认证。
为了实现上述方法，将以上步骤采用相应的功能模块来实施，并且叠加到装置中实现。图4是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二维码生成装置的结构图。
如图4所示，在本实施方式所涉及的一种叠加人工噪声信息的二维码生成装置中，其包括比特流生成模块301：将原始信息通过编码方式转换成比特流；用户输入的原始信息可以有很多类型，包括字符、网址、图片、名片等等信息，通过编码，可以将以上信息转变为比特流。为了进一步压缩数据，提高传输效率，可以采用信源编码对比特流进行处理，另外还需要进行信道编码，提高数据传输的可靠性。
在本实施方式中，还包括图像转换模块302，其将比特流转换为原始信息的图像灰度值。
在本实施方式中，还包括认证信息加载模块303，其加载认证信息，并生成认证信息的图像灰度值。认证信息可以采用多种类型的方式，例如常见的密文形式、水印信息等等，还可以生成有白噪声特征的噪声，特别是具有统计独立特性的白噪声，从而这种方式不仅能够最大限度地以较小的干扰将需要隐藏的认证信息加到原始数据中去，而且便于获取方分离认证信息。
在本实施方式中，还包括图像叠加模块304，其将认证信息的图像灰度值叠加到原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像。加载认证信息的过程一般通过叠加的方式，也可以采用其他类型的运算，例如，异或、同或、相与、拼接运算等。将认证信息的图像灰度值叠加到原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像。
在本实施方式中，认证信息加载模块还包括人工噪声控制模块3031，其确定人工噪声的强度的上限和下限，步骤为设置不同的灰度值，灰度值自小到大或自大到小依次排列，确定相邻的灰度值的差值，差值即为人工噪声的方差的上限；信息在信道中传输，存在信道噪声，确定信道噪声的方差，信道噪声的方差即为人工噪声的方差的下限。
在一些示例中，人工噪声控制模块3031确定上限的方法如下，加载认证信息即人工噪声时，由于是在二维码图像中，设置4个不同的灰度值，灰度值自小到大或自大到小依次排列，例如：40，100，160，220。确定相邻的灰度值的差值是60，由于设置的噪声的方差Δσ作用于其中一个灰度值之后必须要小于下一灰度值，例如：Δσ作用于100灰度值上必须要小于160灰度值，否则在最后提取认证信息的时候必定会发生错误，误码率增加。所以说，叠加的人工噪声的方差Δσ的上限就是要小于预设的灰度值之间的差值60。灰度值的个数是星座点的个数，相邻的灰度值的差值是相邻两个星座点之间的差值。本实施方式不限于此，例如，灰度还可以是8个或16个，相邻的灰度值的差值可以是50或100等。
相应的，下限的确定如下，在信道中传输时，由于信道噪声的存在，认证信息即人工噪声的4个灰度值必然无法恒为40，100，160，220，灰度值会在一定的范围内上下波动，成为4个小区间，以100灰度值为例，它可能在传输之后会变成一个90～110的灰度值区间，此时，如果叠加的能量过小的话，它就会被90～110这个范围的方差所淹没，而使得该噪声的叠加失去了意义。所以说，叠加的噪声的方差Δσ的下限要大于该信道噪声的方差。但本实施方式不限于此，例如，灰度还可以是8个或16个，相邻的灰度值的差值可以是50或100等。
在本实施方式中，人工噪声控制模块3031确定人工噪声的强度的上限和下限的步骤还包括：若二维码依次经过一次打印、扫描、二次打印和拍摄时，确认一次打印的第一噪声方差，扫描的第二噪声方差，二次打印的第三噪声方差，拍摄的第四噪声方差，计算第一噪声方差、第二噪声方差、第三噪声方差和第四噪声方差之和作为第一总噪声方差，第一总噪声方差即为人工噪声的方差的上限；若二维码依次经过一次打印和拍摄时，计算一次打印的第一噪声方差和拍摄的第四噪声方差之和作为第二总噪声方差，第二总噪声方差即为人工噪声的方差的下限。
在一些示例中，人工噪声控制模块3031确定上限的方法如下，若二维码图像被他人非法利用，非法获取二维码的操作至少包括两次打印、一次打印和扫描。例如，叠加的人工噪声的方差Δσ受限于打印，拍摄与打印，扫描，再打印，最后再拍摄的噪声方差的差值，每次打印，扫描，拍摄都会引入噪声，反映到方差上就是噪声的方差会叠加。具体来说如下：若他人非法利用二维码图像，通过对二维码进行扫描，打印之后，引入的噪声方差为：第一次打印的噪声方差σ1，扫描的噪声方差σ2(σ1＜σ2),第二次打印的噪声方差σ1(也可以与第一次打印的噪声方差不相同)，拍摄的噪声方差σ3，故该噪声方差之和为σ上＝σ1+σ2+σ1+σ3，叠加的噪声方差Δσ需要小于σ上，若Δσ大于σ上，认证信息不会被方差为σ上的噪声覆盖掉，还可以被提取出来，因此，σ上是Δσ的上限。
相应的，下限的确定如下，用户正常运用二维码图像时，经过一次拍摄和打印，在这种情况下，一次打印的噪声方差σ1与拍摄的噪声方差σ3之和，记为σ下＝σ1+σ3，若Δσ小于σ下，用户也就无法将认证信息提取出来，因此，σ下是Δσ的下限。
在本实施方式中，还包括二维码生成模块305，其在叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码。
在本实施方式中，通常地，二维码复制过程中的信道是传输型的，但也可以表示生成到获取之间的过程。例如，用户在二维码生成之后，通过打印的方式将二维码呈现在纸质媒介上，例如打印在广告牌上，其他授权用户可以通过拍摄或者扫描的方式获取二维码，这种生成→打印→扫描的过程可以认为是通过了信道。
在本实施方式中，经过信道后的二维码不可避免地混入了信道噪声，这种噪声可以包括光线、明暗、阴影、折射、扭曲、模糊、锐化、缺失等原因带来的。一般地，二维码本身有很强的纠错能力，但获取二维码之后还可以通过滤波、或者调制、或者解调的方式去除图像上的噪声，而这些噪声往往是信道噪声。
在本实施方式中，在加载认证信息的过程中，可以通过叠加方式加载，本发明考虑将选择叠加位置、选择叠加角度或者选择其他的叠加方式作为避免被非法复制的途径。比如可以采用以下一些方式来进行叠加。
在本实施方式中，从叠加的位置上考虑，可以将原始信息的图像灰度值和认证信息的图像灰度值采用中心对齐的方式进行叠加；还可以将认证信息进行分散，同时在图像的角落处进行叠加；也可以将认证信息进行拉长，沿着二维码的边线进行叠加。特别要提到的，叠加的位置可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的位置，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
在本实施方式中，从叠加的图案上考虑，可以将认证信息形成指定的图案后，再进行叠加；还可以按照指定的图案来进行叠加，例如可以采用“圆环”的图案将认证信息进行叠加。特别要提到的，叠加的图案可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的图案，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
在本实施方式中，从叠加的角度上考虑，可以在认证信息的图案确定之后，旋转不同的角度进行叠加。特别要提到的，叠加的角度可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的角度，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
在本实施方式中，从其他的叠加方式上考虑，可以依据指定灰度值进行叠加，比如，叠加到灰度值为100的所有模块上去。特别要提到的，叠加的灰度可以不对外公开，使用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式设置以及获取叠加的灰度，从而进一步避免恶意第三方进行复制，提高了认证信息的安全性。
此外，以上多种叠加的可能性可以进一步地组合，例如，可以同时考虑从叠加的位置和叠加的图案上进行处理，此时，叠加的位置可以选择例如角落，叠加的图案可以选择例如方形、圆形、或者特定的图案。
图5是示出了本发明的实施方式所涉及的叠加人工噪声信息的二二维码解码装置的结构图。
在本实施方式中，如图5所示，在二维码经过信道，并且被获取之后，需要对二维码进行解码，与二维码生成过程中的步骤相对应，本实施方式提供一种二维码复制过程中的二维码解码装置。其包括通过获取模块401来获取二维码。一般地，通过拍摄或者扫描获取二维码，也可以通过预存、下载、即时传输、邮件接收等方式获取二维码图片，再利用图片处理程序提取其中的二维码。
在本实施方式中，还包括恢复图像模块402：将获取的二维码图像，经过图像恢复步骤，还原二维码灰度图像在通信信道中所受到的形状畸变、颜色和/或亮度失真，得到二维码的第一灰度图像。
在本实施方式中，还包括去除噪声及认证信息模块403：将第一灰度图像根据二维码生成步骤中的信号调制方法解调，去除信道噪声和认证信息，得到二维码的第二灰度图像，通过第一灰度图像和第二灰度图像得到认证信息。在生成二维码到获取二维码的中间过程中，信道可能导致产生一些误码，这种误码需要通过解码来纠正。
在本实施方式中，第二灰度图像对应的是在生成过程中，加载认证信息之前的图像数据，因此，将解码前的第一灰度图像与解码后的第二灰度图像进行差值运算，即可以得到信道噪声与认证信息。在这种情况下，需要采用BCH解码方法将认证信息与信道噪声分离。
在本实施方式中，在二维码上加载认证信息之后，可以通过多种方式将其分离出来。通常地，对于从图像上分离信息可以有以下一些方式，例如，边缘锐化法、梯度下降法、像素差分法等等，通过这些方法，能够将加载的认证信息从图像上分离，最终获得相应的认证信息。
如果认证信息是具有白噪声特征的噪声，那么需要采用通过滤波、调制或解调的方式将认证信息和信道噪声一同从二维码上分离出来，但是在这种情况下，认证信息和信道噪声是整体被分离的，因此，还需要将认证信息和信道噪声做进一步的分离运算。通常地，可以使用BCH解码技术将认证信息进行分离，从而获得单独的认证信息。
在本实施方式中，还包括解码解调模块404：将解码后的第二灰度图像经过信源解码操作，得到无噪声的原始比特流。
二次解码调制模块405：通过二次编码和二次调制将无噪声原始比特数据转换成无噪声的二维码灰度值。最后，通过对认证信息的解码，完成对用户所编码信息的加密与认证。
此外，在本实施方式中，还包括以下模块：误码纠正模块406：将信道引入的误码将通过解码的方式进行纠正。差值运算模块407：将解码前的第一灰度图像与解码后的第二灰度图像进行差值运算，获得信道噪声与认证信息。噪声分离模块408：采用BCH解码方法将认证信息与信道噪声分离，以及认证模块409：通过对认证信息的解码，完成对用户所编码信息的加密与认证。
本发明结合在扫描-打印过程中二维码的通信信道模型和物理设备(扫描、打印设备)特征，在原始二维码信息经过编码和调制之后，进入通信信道传输之前，将认证信息以人工噪声的形式叠加到原始信息上并一起传送进通信信道中，通过比较分析图像修复后的二维码与去除噪声之后的二维码，可以将认证信息从接收端提取出来，利用约定好的密钥与解码技术完成对认证信息的解码，从而完成了对此二维码的认证，提高了其在通信过程中的安全性。其中认证信息的强度有上限和下限，使认证信息的解码的误码率最低同时增强防复制的效果。
虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种叠加人工噪声信息的二维码生成方法，其步骤如下：
将原始信息通过编码方式换成比特流；
将所述比特流转换为所述原始信息的图像灰度值；
加载认证信息，并生成所述认证信息的图像灰度值，所述认证信息是人工噪声，所述人工噪声的强度控制在上限和下限之间；
将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像；
在所述叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码，
若所述二维码依次经过一次打印、扫描、二次打印和拍摄时，确认一次打印的第一噪声方差，扫描的第二噪声方差，二次打印的第三噪声方差，拍摄的第四噪声方差，计算第一噪声方差、第二噪声方差、第三噪声方差和第四噪声方差之和作为第一总噪声方差，所述第一总噪声方差即为所述人工噪声的方差的上限，若所述二维码依次经过一次打印和拍摄时，计算一次打印的第一噪声方差和拍摄的第四噪声方差之和作为第二总噪声方差，所述第二总噪声方差即为所述人工噪声的方差的下限。
2.如权利要求1中任意一项所述的二维码生成方法，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括：
所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值采用中心对齐的方式进行叠加。
3.如权利要求1中任意一项所述的二维码生成方法，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括：
所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值的叠加位置可以是分散的形式。
4.如权利要求1中任意一项所述的二维码生成方法，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括：
所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值的叠加位置采用双方知晓、或者双方约定、或者双方协商的方式进行设置，并且保密。
5.如权利要求1中任意一项所述的二维码生成方法，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括：
所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值以指定图案进行叠加。
6.如权利要求1中任意一项所述的二维码生成方法，所述将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上包括：
所述原始信息的图像灰度值和所述认证信息的图像灰度值以指定灰度值进行叠加。
7.一种叠加人工噪声信息的二维码生成装置，其包括：
比特流生成模块：将原始信息通过编码方式转换成比特流；
图像转换模块：将所述比特流转换为所述原始信息的图像灰度值；
认证信息加载模块：加载认证信息，并生成所述认证信息的图像灰度值，所述认证信息是人工噪声，所述人工噪声的强度控制在上限和下限之间，若所述二维码依次经过一次打印、扫描、二次打印和拍摄时，确认一次打印的第一噪声方差，扫描的第二噪声方差，二次打印的第三噪声方差，拍摄的第四噪声方差，计算第一噪声方差、第二噪声方差、第三噪声方差和第四噪声方差之和作为第一总噪声方差，所述第一总噪声方差即为所述人工噪声的方差的上限，若所述二维码依次经过一次打印和拍摄时，计算一次打印的第一噪声方差和拍摄的第四噪声方差之和作为第二总噪声方差，所述第二总噪声方差即为所述人工噪声的方差的下限；
图像叠加模块：将所述认证信息的图像灰度值叠加到所述原始数据的图像灰度值上，形成叠加后的灰度图像；
二维码生成模块：在所述叠加后的图像灰度旁加上寻像图案，生成二维码。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108564368B (zh) * 2018-04-11 2021-12-03 台州市康新电容器有限公司 一种支付方法
CN108564367B (zh) * 2018-04-11 2022-08-16 宋伟杰 一种支付加密的算法
CN108520411B (zh) * 2018-04-11 2021-11-23 郑鸿 一种支付验证***
CN108320158A (zh) * 2018-04-11 2018-07-24 郑鸿 一种穿戴式支付设备
CN109861815A (zh) * 2019-01-18 2019-06-07 深圳大学 二维码的非法复制信道建模方法及***
CN113435559B (zh) * 2021-08-27 2021-12-14 深圳企业云科技股份有限公司 一种基于计算机视觉识别的标签防转移方法
CN114742910B (zh) * 2022-04-20 2024-05-31 浙江沃得威数字技术服务有限公司 图像生成方法、存储介质及计算机终端

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1885342A (zh) * 2006-06-21 2006-12-27 北京交通大学 基于数字水印技术的印刷域商标防伪方法
CN106529637A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 深圳大学 一种二维码的防拷贝实现方法及实现***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1885342A (zh) * 2006-06-21 2006-12-27 北京交通大学 基于数字水印技术的印刷域商标防伪方法
CN106529637A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 深圳大学 一种二维码的防拷贝实现方法及实现***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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