[發明專利]一種針對多幀遙感圖像的安全外包融合去噪方法

有效

• 申請號: 201710388580.X
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107194895B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 黃冬梅;魏立斐;戴亮;蘇誠;耿霞;吳國健
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;H04L29/06
• 代理公司: 上海卓陽知識產權代理事務所(普通合伙) 31262
• 代理人: 周春洪

1.一種針對多幀遙感圖像的安全外包融合去噪方法，其特征在于，包括本地平臺和云平臺，所述的本地平臺包括遙感圖像拆分模塊、遙感圖像置換模塊、遙感圖像轉換模塊、遙感圖像加密模塊、遙感圖像解密模塊、遙感圖像恢復排列模塊、遙感圖像合并模塊，所述的云平臺包括遙感圖像融合去噪模塊，所述的遙感圖像拆分模塊為對遙感圖像按照圖像波段數進行拆分，所述的遙感圖像置換模塊為對遙感圖像進行隨機置換，所述的遙感圖像轉換模塊為對遙感圖像進行Johnson-Lindenstrauss轉換，所述的遙感圖像加密模塊為對遙感圖像進行Paillier加密，所述的遙感圖像解密模塊為對遙感圖像進行Paillier解密；

其中，所述的針對多幀遙感圖像的安全外包融合去噪方法的工作流程如下：

S01：遙感圖像拆分；

在所述的S01步驟中，在本地平臺，讀取針對同一場景的多幀遙感圖像，遙感圖像的個數為n，遙感圖像的長為im_h，遙感圖像的寬為im_w，遙感圖像的波段數為im_band_number，按照波段數把每個遙感圖像拆分成im_band_number個圖像，分別讀取個波段圖像的16位深灰度值，并對每一個波段的圖像進行步驟S02-S07；

S02：遙感圖像置換；

在所述的步驟S02中，在本地平臺，為打亂圖像像素的基本位置，對n個圖像的該波段圖像進行隨機置換，以第T個圖像為例,其工作流程如下：

S021：生成一個長度為im_h×im_w的隨機數序列，記錄其索引順序I₁；

S022：對隨機數序列按照從小到大進行排列，生成一個新序列，記錄其索引順序I₂；

S023：根據I₁→I₂，得到圖像置換數列，根據I₂→I₁，得到圖像恢復數列；

S024：對遙感圖像進行置換，圖像的16位深灰度值數組為im_array_T，以數組中第a行第b列的點為例，對于數組中的每一點做如下操作：

S0241：獲取以im_array_T[a,b]為中心的d×d大小的矩形塊，并將該矩形塊轉化成一行，所有的轉化后的行組成一個新數組；

S0242：利用圖像置換序列對新數組進行行置換；

S0243：對完成行置換的數組進行變維操作，得到一個三維數組im_block_permutation_array_T，該數組的長為im_h，寬為im_w，高為d²；

S025：利用圖像置換序列對遙感圖像進行像素置換，得到一個二維數組im_pixel_permutation_array_T，該數組的長為im_h，寬為im_w；

S03：遙感圖像轉換；

在所述的步驟S03中，在本地平臺，對n個圖像的該波段圖像進行Johnson-Lindenstrauss轉換，以第T個圖像為例，即對im_block_permutation_array_T進行Johnson-Lindenstrauss轉換，將每一個1×d²的向量壓縮呈一個1×k的向量，得到一個三維數組im_JL_array_T，該數組的長為im_h，寬為im_w，高為k，其工作流程如下：

S031：隨機生成一個服從平均值為0，方差為1/k的高斯分布的d²×k的矩陣P；

以數組im_array_T中第a行第b列這個點為例，對于數組中的每一個點重復步驟S032-S036；

S032：將數組im_block_permutation_array_T中的im_block_permutation_array_T[a,b,0]，im_block_permutation_array_T[a,b,1]，…，im_block_permutation_array_T[a,b,d²-2]，im_block_permutation_array_T[a,b,d²-1]，組成一個行矩陣α；

S033：隨機生成一個服從平均值為0，標準差為ζ的高斯分布1×k的矩陣Δ；

S034：計算αP，得到一個新矩陣Y；

S035：計算Y+Δ，得到一個新矩陣α′；

S036：將新矩陣α′進行變維操作，即可得到一個三維數組im_JL_array_T，im_JL_array_T[a,b,0]＝α′[0,0]，im_JL_array_T[a,b,1]＝α′[0,1]，…，im_JL_array_T[a,b,k-2]＝α′[0,k-2]，im_JL_array_T[a,b,k-1]＝α′[0,k-1]；

S04：遙感圖像加密；

所述的步驟S04中，在本地平臺，對n個圖像的該波段圖像進行Paillier加密，以第T個圖像為例，使用已知的公鑰，對數組im_block_permutation_array_T進行Paillier加密，得到一個二維數組im_paillier_array_T，該數組的長為im_h，寬為im_w，其工作流程如下：

S041：選取兩個隨機素數p和q，并根據N＝pq，計算N的值；

S042：計算出paillier加密參數λ和g，得到paillier加密的公鑰為(N,g)，私鑰為λ；

S043：計算g^m的值，m∈[0,65535]，并把結果保存在第一個表(結構如下)中；

m	m]]>

S044：隨機生成65536個隨機數r，計算(g^N)^r的值，并把結果保存在第二個表(結構如下)中；

r	N)r]]>

以數組im_pixel_permutation_array_T中第a行第b列的點位列，對數組im_pixel_permutation_array_T中的每一個點重復步驟S045-S047；

S045：從第一個表中查找m的值等于im_pixel_permutation_array_T[a,b]對應的g^m的值；

S046：從第二個表中隨機抽取5個不同的(g^N)^r值，即(g^N)^r1，(g^N)^r2，(g^N)^r3，(g^N)^r4，(g^N)^r5；

S047：im_paillier_array_T[a,b]＝g^m(g^N)^r1(g^N)^r2(g^N)^r3(g^N)^r4(g^N)^r5modN²；

S05：遙感圖像融合去噪；

所述的步驟S05中，在云平臺對遙感圖像進行融合去噪，即對im_JL_array_T和im_paillier_array_T進行非局部去噪，得到二維數組im_paillier_result_array，該數組的長為im_h，寬為im_w，其工作流程如下：

S051：計算im_JL_array_1，im_JL_array_2，…，im_JL_array_n-1，im_JL_array_n這n個數組的疊加平均，得到一個三維數組，im_JL_mean_array，該數組的長為im_h，寬im_w，數組的高為k，以行a列b高c的這個點為例，

S052：選取h₁，h₁為非局部去噪的濾波參數；

S053：計算A的值，A為放大倍數，計算公式為A＝2⁷×im_h×im_w；

以數組im_paillier_result_array中第a行第b列的點為例，對于數組中的每一個點重復步驟S054-S0514；

S054：用im_JL_mean_array[a,b,0]，im_JL_mean_array[a,b,1]，…，im_JL_mean_array[a,b,k-2]，im_JL_mean_array[a,b,k-1]組成一個行向量，記為V(a,b)；

以第T個圖像為例，對每一個圖像重復步驟S055-S057；

以數組im_paillier_array_T中第i行第j列的點為例，對于數組im_paillier_array_T中的每一個點重復步驟S055-S057；

S055：用im_JL_array_T[i,j,0]，im_JL_array_T[i,j,1]，…，im_JL_array_T[i,j,k-2]，im_JL_array_T[i,j,k-1]組成一個行向量，記為V(i,j)；

S056：計算os_dis_square_T[i,j]，計算公式為

S057：計算dis_T[i,j]，計算公式為

S058：確定W_number的值；

S059：確定數組os_dis_square_1，os_dis_square_2，…，os_dis_square_n中第W_number個大的值為dis_square，并計算h₂的值，計算公式為

以第T個圖像為例，對每一個圖像重復步驟S0510；

以以數組dis_T中第i行第j列的點為例，對于數組dis_T中的每一個點重復步驟S0510；

S0510：若os_dis_square_T[i,j]＞dis_square，則dis_T[i,j]＝0；

若os_dis_square_T[i,j]≤dis_square，則

S0511：計算Z的值，計算公式為其中Ω為整個圖像；

以第T個圖像為例，對每一個圖像重復步驟S0512到步驟S0513:

以數組W_T中第i行第j列的點為例，對于數組W_T中的每一個點重復步驟S0512-S0513；

S0512：計算Q_T[i,j]的值，計算公式為

S0513：計算W_T[i,j]的值，計算公式為

S0514：計算im_paillier_result_array[a,b]的值，計算公式為其中Ω為整個圖像；

S06：遙感圖像解密；

在所述的步驟S06中，在本地平臺，使用私鑰λ對數組im_paillier_result_array進行Paillier解密，得到一個二維數組im_permutation_result_array，該數組的長為im_h，寬為im_w，其工作流程如下：

S061：計算U的值，計算公式為

以數組im_paillier_result_array中第a行第b列的點為例，對數組im_paillier_result_array中的每一個點重復步驟S062-S063；

S062：計算NL的值，計算公式為其中c等于im_paillier_result_array[a,b]；

S063：計算im_permutation_result_array[a,b]的值，計算公式為

S07：遙感圖像恢復排列；

在所述的步驟S07中，在本地平臺，利用圖像恢復數列，對im_permutation_result_array進行遙感圖像的像素置換恢復，得到一個二維數組im_result_array，該數組的長為im_h，寬為im_w；

S08：遙感圖像合并；

在所述的步驟S08中，在本地平臺，對完成步驟S02-S07的所有波段得到的結果進行合并處理，得到去噪后的完整遙感圖像。