本發(fā)明涉及計算機技術領域，尤其是一種基于機器視覺的數(shù)據(jù)安全傳輸方法。

背景技術：

現(xiàn)代通信的數(shù)據(jù)傳輸，從傳輸媒體介質上可以分為有線傳輸和無線傳輸，從傳輸方向上可以分為單向傳輸和雙向傳輸。無論是利用有線的電纜、光纜的數(shù)據(jù)傳輸，還是無線的Wifi和移動通信基站的數(shù)據(jù)傳輸，都具有較高的隱蔽性。不為人眼、人耳所能夠直接感知，同時也具有較高的傳輸速度，再加上需要信號握手等原因，也普遍采用的是雙向通信方式。

其中的雙向傳輸，導致了黑客攻擊的可能。而高效方便的傳輸，又導致了數(shù)據(jù)泄密的高效和方便性。對于部分數(shù)據(jù)較為機密的政府、軍隊、商業(yè)公司核心數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，均采用了內網(wǎng)隔離的管理手段以阻止黑客從網(wǎng)絡上發(fā)起的攻擊。

同時，內外網(wǎng)的數(shù)據(jù)不可能絲毫不交流，處于內外網(wǎng)之間的業(yè)務部門，經(jīng)常需要在內外網(wǎng)之間單向復制數(shù)據(jù)。目前常用的技術手段有兩種：一種是刻錄光盤，一種是采用特殊的U盤就行數(shù)據(jù)復制。前者產生了大量的耗材浪費，U因為會交叉插拔，也產生了病毒感染的可能。另外，還有若干安全網(wǎng)關等產品，理論上是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全傳輸，但畢竟有有線或者無線網(wǎng)絡連接，使得有心做數(shù)據(jù)竊取和網(wǎng)絡攻擊的內部人員，總能做得比較隱蔽和方便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供了一種基于機器視覺的數(shù)據(jù)安全傳輸方法，它能夠提高方便性不損失安全性，或者在略微損失安全性的前提下有效提高方便性，以克服現(xiàn)有技術不足。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：基于機器視覺的數(shù)據(jù)安全傳輸裝置，該裝置包括發(fā)送端與接收端；發(fā)送端包括具有編碼功能的發(fā)送處理器及具有圖像展示功能的顯示器；接收端包括具有圖像采集功能的攝像頭及具有數(shù)據(jù)解碼的功能的接收處理器。

基于機器視覺的數(shù)據(jù)安全傳輸方法，包括如下步驟：

1)將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼，發(fā)送端通過發(fā)送處理器將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)編碼為具有高信息密度的圖像，所述的高信息密度是指相對于用圖像傳遞信息的文本圖像或者QR二維碼圖像而言，至少比這兩者高5倍以上，將編碼好的圖像通過顯示器進行顯示；

2)接收端的攝像頭采集發(fā)送端的顯示器上所顯示的圖像信息并發(fā)送至接收處理器，接收處理器將采集的圖像信息經(jīng)過解碼還原為原始數(shù)據(jù)。

將編碼好的圖像采用畸變矯正與白平衡處理。

所述的數(shù)據(jù)編碼具體是：將數(shù)據(jù)編碼為色塊圖像，色塊圖像中的每個顏色塊對應了數(shù)據(jù)二進制流中的k個位；將圖像文件切割為發(fā)送端顯示屏的屏幕能夠一次展示，接收端攝像頭能夠一幀捕獲的大小，使其形成一幀以上連續(xù)圖像。

在每個色塊圖像中還加入了4個尺度不變的圖像特征點和一組紅藍綠黑白的5個白平衡及曝光度矯正色塊，以便數(shù)據(jù)接收端準確把握數(shù)據(jù)的位置，和白平衡及曝光度矯正；具體包括消除畸變與消除色差和曝光不穩(wěn)定的影響：

消除畸變：先利用圖像快速模板匹配算法，得到采集圖像中4個畸變矯正標記的位置，再利用四點求透視變換矩陣T，然后利用T的逆矩陣T^-1，和已知的發(fā)送端色塊和畸變矯正點的相對位置關系，求出每個色塊的位置；

消除色差和曝光不穩(wěn)定的影響：利用5個白平衡及曝光度矯正色塊，得到圖像的對每種顏色的曝光范圍，進行圖像的實時曝光度矯正和白平衡矯正。

當收到一個文件的所有數(shù)據(jù)塊以后，利用文件頭信息中的文件校驗信息，對文件進行校驗，如果文件完整，則報告用戶文件可用，否則請求用戶重傳此文件。

本發(fā)明對應數(shù)據(jù)的傳輸方向，本裝置有兩種傳送模式：單向傳輸和雙向傳輸。選用單向傳輸模式，可以減少一套顯示器和攝像頭的硬件連接，可以獲得更高的數(shù)據(jù)安全性，但也犧牲一定便利性和傳輸速率。如果選用雙向傳輸模式，內外網(wǎng)的數(shù)據(jù)仍然沒有物理電纜的連接或者wifi數(shù)據(jù)的鏈接，仍然可以保證高度的安全性。

與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明利用顯示器、攝像頭和機器視覺算法復合協(xié)同工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效及安全傳輸，相對于已有內部網(wǎng)絡和公有網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換的軟硬件解決方案，本發(fā)明能夠提高方便性不損失安全性，或者在略微損失安全性的前提下有效提高方便性。與現(xiàn)有的QR二維碼等二維碼不同的是，1、顯示載體不一樣，本發(fā)明只能采用顯示器作為顯示載體，不印刷或打印。2、設計的應用場景不一樣，本發(fā)明為安全傳輸數(shù)據(jù)而設計，對數(shù)據(jù)的傳輸率有一定要求，目前在自然工作環(huán)境下，可以達到每秒100KB以上，而二維碼掃描器，對于含有二維碼的視頻，一般需要若干秒才能穩(wěn)定識別出一組一般為十幾到幾十個字節(jié)的編碼。3、技術手段上有若干不同，比如二維碼的識別只采用了兩種顏色，對彩色信息并不依賴，也不需要做相應的偏色矯正處理。本發(fā)明簡單易行，成本低廉，使用效果好。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的原理圖；

附圖2為本發(fā)明的實施例中接收端攝像頭捕獲到的圖像；

附圖3為本發(fā)明的實施例中接收端畸變校正后的圖像

附圖4為本發(fā)明的定位標記及色差和曝光不穩(wěn)定消除標記。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制

本發(fā)明的實施例：基于機器視覺的數(shù)據(jù)安全傳輸裝置，該裝置包括發(fā)送端與接收端；發(fā)送端包括具有編碼功能的發(fā)送處理器及具有圖像展示功能的顯示器；接收端包括具有圖像采集功能的攝像頭及具有數(shù)據(jù)解碼的功能的接收處理器。

基于機器視覺的數(shù)據(jù)安全傳輸方法，

數(shù)據(jù)發(fā)送端的流程和圖像結構設計為：

1)數(shù)據(jù)文件載入。從存儲器、網(wǎng)絡中獲取數(shù)據(jù)，文件大小不限制，也不必一次載入內存。

2)文件頭信息編碼。也就是用默認的編碼方式告訴接收端：接下來將發(fā)送怎樣屬性的文件(或文件夾)內容，包括文件夾的組織結構、文件的大小、文件名、修改、時間、只讀、可執(zhí)行等屬性。

3)數(shù)據(jù)片段切割。將文件切割為發(fā)送端屏幕能夠一次展示，接收端攝像頭能夠一幀捕獲的大小。

4)數(shù)據(jù)片段編碼。我們可以用多種方法將每個片段的數(shù)據(jù)編碼成一幀圖像：一種實施方法是用一幀圖像中包含若干顏色塊，每個顏色塊對應了數(shù)據(jù)二進制流中的k個位。當k＝1時，表示1個顏色塊對應1個位，則位的值0和1對應顏色塊的黑和白；當k＝2時，表示1個顏色塊2位，可以選用黑、紅、綠和藍對應編碼00/01/10和11；當k>2時，需要更加小心選取易于分別，不容易混淆的顏色值。最后我們還將數(shù)據(jù)校驗和糾錯位也納入編碼中，根據(jù)用戶需求，可以選擇使用求和校驗或者CRC循環(huán)冗余校驗及糾錯。另外一種實施方法是在上述方法基礎上，在有效數(shù)據(jù)的色塊中間插入矯正色塊，可以改善光照不均勻帶來的問題。再例如，我們可以將待發(fā)送數(shù)據(jù)每兩個字節(jié)看成UNICODE16編碼，則可以將數(shù)據(jù)變成字符圖案組成的圖像，解碼端用OCR技術可以解碼恢復出數(shù)據(jù)，字符方法比色塊方法的一個好處是對圖像畸變、平移，有較好的穩(wěn)定性，缺點是對解碼端運算性能要求較高。綜上所述，將數(shù)據(jù)變換為圖像，再將圖像變換回數(shù)據(jù)的方案具有多種，本發(fā)明主要要求保護的是整體實施框架，不局限于具體的圖像編碼方案。

5)數(shù)據(jù)片段展示。在這個階段，數(shù)據(jù)編碼而成的圖像，被顯示在屏幕中間，并加上了延時控制，以契合數(shù)據(jù)接收端的視頻采集幀率。另外，在數(shù)據(jù)片段周圍，我們還加上了4個尺度不變的圖像特征點和一組紅藍綠黑白的色塊，以便數(shù)據(jù)接收端準確把握數(shù)據(jù)的位置，和白平衡及曝光度矯正。

數(shù)據(jù)接收端的流程為：

1)開啟攝像頭。設置到1080x1920以上的分辨率，每秒30幀以上的圖像采集幀率；

2)捕獲圖像。這里捕獲到的圖像，除了文件數(shù)據(jù)塊對應的顏色塊，還包括了4個畸變矯正標記，5個白平衡及曝光度矯正色塊。

3)消除畸變。利用已有方法公開的圖像快速模板匹配算法，得到采集圖像中4個畸變矯正標記的位置，利用用已有方法公開的四點求透視變換矩陣T，然后利用T的逆矩陣T-¹，和已知的發(fā)送端色塊和畸變矯正點的相對位置關系，求出每個色塊的位置。

4)消除色差和曝光不穩(wěn)定的影響。利用5個固定色塊中的紅藍綠色塊和黑白色塊，得到圖像的對每種顏色的曝光范圍，進行圖像的實時曝光度矯正和白平衡矯正。

5)解碼一幀。將所有色塊對應的二進制流組合在一起，得到一幀數(shù)據(jù)，并將這幀數(shù)據(jù)進行解讀，如果是文件頭信息編碼，則創(chuàng)建相應的文件。如果是文件塊數(shù)據(jù)，則向已經(jīng)創(chuàng)建好的文件中以追加模式寫入該文件塊。

6)文件完成校驗。當收到一個文件的所有數(shù)據(jù)塊以后，利用文件頭信息中的文件校驗信息，對文件進行校驗，如果文件完整，則報告用戶文件可用，否則請求用戶重傳此文件。

本實施例中，要輸出的是一個文本文件，文件名是PatentDemo.txt，文件內容是文本："Hello world！\r\nfrom貴州大學程欣宇"，含回車換行符用UTF-8字符編碼成十六進制數(shù)據(jù)流是：“48 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64 21 0D 0A 66 72 6F 6D 20 B9 F3 D6 DD B4 F3 D1 A7 B3 CC D0 C0 D3 EE”；

實施例中傳輸文件按如下協(xié)議：數(shù)據(jù)類型(8位)+文件名長度(8位)+文件名UTF8字節(jié)流+文件長度(32位)+文件內容。則上面的文件傳輸，按2bits一個色塊，編碼的前面20個色塊為：

00(黑)00(黑)00(黑)00(黑)，表示數(shù)據(jù)類型為文件類型(類型0)。

00(黑)00(黑)11(藍)10(紅)，表示文件名長度為14。

01(綠)01(綠)00(黑)00(黑)，表示文件名的第一個字節(jié)是80，也就是字母P的ASCII編碼。

01(綠)10(紅)00(黑)01(綠)，表示文件名的第二個字節(jié)是97，也就是字母a的ASCII編碼。

11(藍)10(紅)01(綠)00(黑)，表示文件名的第三個字節(jié)是11(藍)6，也就是字母t的ASCII編碼。

后面的顏色塊編碼方法以此類推，這個例子僅舉例說明一種可選的數(shù)據(jù)到圖案的編碼方案，專利使用者可以自行選用或者設計其它的數(shù)據(jù)到圖案的編解碼方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，任何未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。