本發(fā)明涉及三維數(shù)據(jù)處理，具體是一種三維數(shù)據(jù)加密方法。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著5g技術(shù)的發(fā)展，圖像數(shù)據(jù)因其廣泛生動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)被普及于數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。軍事、勘測(cè)、交通、天氣等領(lǐng)域通過(guò)傳輸三維地理空間數(shù)據(jù)來(lái)增加地理空間信息的準(zhǔn)確性。三維地理空間數(shù)據(jù)(例如為攝影測(cè)量、三維建筑、bim/cad、實(shí)例化要素、點(diǎn)云對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù))在采集后，或通過(guò)3dmax、maya等建模軟件建模得到后，需要導(dǎo)出為fbx或dae或obj數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換為3dtiles數(shù)據(jù)格式，以進(jìn)行三維數(shù)據(jù)傳輸。

2、3d?tiles是一個(gè)開(kāi)放的規(guī)范，用于傳輸海量的異構(gòu)三維地理空間數(shù)據(jù)集。使用概念上類似于terrain和imagery的瓦片流技術(shù)，3d?tiles使得建筑物數(shù)據(jù)集、bim模型、點(diǎn)云和攝影測(cè)量模型等大模型比較流暢地在web端進(jìn)行瀏覽展示。

3、但是，基于測(cè)繪保密法的要求，當(dāng)測(cè)繪成果生成的三維數(shù)據(jù)達(dá)到一定的密級(jí)后，就需要對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后才能進(jìn)行傳輸。

4、目前的現(xiàn)有技術(shù)中，多通過(guò)變換三維模型中物件面元的點(diǎn)坐標(biāo)，使未其他用戶無(wú)法正確的獲取原始三維模型的數(shù)據(jù)，但是這種加密模式不僅耗時(shí)較長(zhǎng)，而且被加密后的三維數(shù)據(jù)被截獲后的破解難度不高，三維數(shù)據(jù)的安全性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種三維數(shù)據(jù)加密方法，包括以下步驟：

2、1)獲取三維地理空間對(duì)應(yīng)的序列圖像；

3、2)對(duì)序列圖像預(yù)處理，得到預(yù)處理后的序列圖像；

4、3)構(gòu)建3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型；

5、4)利用3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)預(yù)處理后的序列圖像進(jìn)行分割，得到多幅分割圖像；

6、5)利用離散小波變換法提取分割圖像的低頻子帶，得到近似圖像；

7、6)利用第一混沌序列對(duì)近似圖像的像素位置進(jìn)行置亂，得到第一加密圖像；

8、7)利用第二混沌序列對(duì)第一加密圖像進(jìn)行雙向擴(kuò)散和行列置亂，得到最終的加密圖像。

9、進(jìn)一步，三維地理空間對(duì)應(yīng)的序列圖像的獲取方式為：對(duì)三維地理空間進(jìn)行連續(xù)攝影，獲取一組序列圖像。

10、進(jìn)一步，三維地理空間對(duì)應(yīng)的序列圖像的獲取方式為：對(duì)三維地理空間進(jìn)行建模，得到三維地理空間模型；獲取三維地理空間模型的一組序列圖像；對(duì)三維地理空間進(jìn)行建模的工具包括3dmax、maya。

11、進(jìn)一步，預(yù)處理包括歸一化處理。

12、進(jìn)一步，所述3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型包括編碼器、解碼器；

13、所述編碼器包括多個(gè)下采樣殘差塊；

14、所述編碼器通過(guò)卷積、池化、relu操作，對(duì)預(yù)處理后的序列圖像進(jìn)行下采樣，輸出高維特征圖；

15、所述解碼器包括多個(gè)上采樣殘差塊；

16、所述解碼器通過(guò)卷積、反卷積、relu操作，對(duì)高維特征圖進(jìn)行上采樣，得到分割圖像。

17、進(jìn)一步，所述3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型引入了注意力機(jī)制：以編碼器的高維特征圖為輸入，通過(guò)卷積變換操作輸出相同大小的特征圖，然后與解碼器的圖像拼接起來(lái)，獲取細(xì)粒度分割信息。

18、進(jìn)一步，所述3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型通過(guò)帶標(biāo)簽的歸一化序列圖像樣本訓(xùn)練得到。

19、進(jìn)一步，對(duì)序列圖像預(yù)處理的步驟還包括：

20、s1)將序列圖像堆疊起來(lái)，形成三維圖像灰度矩陣，矩陣每一層表征一幅序列圖像；

21、s2)將三維圖像灰度矩陣中的像素值歸一化至0-1之間；

22、s3)調(diào)整三維矩陣中像素的像素間距，使像素間距符合網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練或應(yīng)用的預(yù)設(shè)要求。

23、進(jìn)一步，利用第一混沌序列對(duì)近似圖像的像素位置進(jìn)行置亂的步驟包括：

24、a1)利用logistic-sine-cosine映射生成長(zhǎng)度為r+w的第一混沌序列；

25、映射過(guò)程如下所示：

26、

27、其中，xi為狀態(tài)變量，r、β為控制參數(shù)，f(r，xi)和g(1-r，xi)是logistic和sine映射，當(dāng)β＝-0.5，r∈[0，1]，x∈[0，1)時(shí)，系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)；xi+1為映射后的變量；

28、a2)將第一混沌序列分成長(zhǎng)度為r的子序列a和長(zhǎng)度為w的子序列b；

29、分別對(duì)兩個(gè)子序列進(jìn)行排序，得到兩個(gè)索引向量ia、ib；

30、a3)初始化大小為r*w的矩陣，并將矩陣的每一列設(shè)置為ib；使用ia的每個(gè)元素移動(dòng)矩陣的每列，得到用于置亂的矩陣o；

31、a4)初始化列索引j＝1；找到近似圖像中位置為{(1，o1，j)，(2，o2，j)，…，(r，or，j)}的像素，將這些像素向上移動(dòng)o1，j個(gè)位置，得到相應(yīng)的置亂后的像素點(diǎn)的位置；or，j為矩陣o中的元素；

32、a5)令j＝j(luò)+1，返回步驟a4)，重復(fù)執(zhí)行r-1次，獲得第一加密圖像。

33、進(jìn)一步，利用第二混沌序列對(duì)第一加密圖像進(jìn)行雙向擴(kuò)散和行列置亂的步驟包括：

34、b1)構(gòu)建超混沌系統(tǒng)，即：

35、

36、其中，分別為x、y、z、w的變化率，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)a＝10、b＝8/3、c＝28、r＝-1時(shí)，系統(tǒng)為超混沌系統(tǒng)；x、y、z、w為超混沌系統(tǒng)的生成值；

37、b2)超混沌系統(tǒng)生成初始值(qx0，qy0，qz0，qw0)，即：

38、

39、其中，mod(a，b)為a/b的余數(shù)，fix(a)為取a的整數(shù)部分。k1、k2、k3、k4為整數(shù)；

40、b3)以初始值(qx0，qy0，qz0，qw0)為參考，利用超混沌系統(tǒng)生成4個(gè)第二混沌序列e、g、u、v，即：

41、

42、式中，ei、gi、ui、vi為用戶輸入?yún)⒘浚?/p>

43、b4)利用第二混沌序列e和g對(duì)第一加密圖像進(jìn)行雙向擴(kuò)散；利用第二混沌序列u和v對(duì)第一加密圖像進(jìn)行行列置亂。

44、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明在對(duì)3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，通過(guò)注意力機(jī)制，將低維信息和高維信息進(jìn)行拼接，進(jìn)而得到更加精細(xì)的圖像特征，同時(shí)也能充分利用序列圖像的連續(xù)性，得到更加精準(zhǔn)的分割結(jié)果。

45、本發(fā)明通過(guò)離散小波變換壓縮圖像，減小了數(shù)據(jù)量，提高了后續(xù)的加密效率

46、本發(fā)明通過(guò)混沌序列進(jìn)行像素位置置亂、雙向擴(kuò)散和行列置換，提高了加密的三維數(shù)據(jù)的安全性。

47、本發(fā)明不僅能有效保證三維數(shù)據(jù)加密的精準(zhǔn)性，還能進(jìn)一步提升加密后的三維數(shù)據(jù)的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，三維地理空間對(duì)應(yīng)的序列圖像的獲取方式為：對(duì)三維地理空間進(jìn)行連續(xù)攝影，獲取一組序列圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，三維地理空間對(duì)應(yīng)的序列圖像的獲取方式為：對(duì)三維地理空間進(jìn)行建模，得到三維地理空間模型；獲取三維地理空間模型的一組序列圖像；對(duì)三維地理空間進(jìn)行建模的工具包括3dmax、maya。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，預(yù)處理包括歸一化處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，對(duì)序列圖像預(yù)處理的步驟還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型包括編碼器、解碼器；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型引入了注意力機(jī)制：以編碼器的高維特征圖為輸入，通過(guò)卷積變換操作輸出相同大小的特征圖，然后與解碼器的圖像拼接起來(lái)，獲取細(xì)粒度分割信息。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述3-d全卷積殘差u-net網(wǎng)絡(luò)模型通過(guò)帶標(biāo)簽的歸一化序列圖像樣本訓(xùn)練得到。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，利用第一混沌序列對(duì)近似圖像的像素位置進(jìn)行置亂的步驟包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，利用第二混沌序列對(duì)第一加密圖像進(jìn)行雙向擴(kuò)散和行列置亂的步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種三維數(shù)據(jù)加密方法，包括以下步驟：1)獲取三維地理空間對(duì)應(yīng)的序列圖像；2)對(duì)序列圖像預(yù)處理，得到預(yù)處理后的序列圖像；3)構(gòu)建3?D全卷積殘差U?net網(wǎng)絡(luò)模型；4)利用3?D全卷積殘差U?net網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)預(yù)處理后的序列圖像進(jìn)行分割，得到多幅分割圖像；5)利用離散小波變換法提取分割圖像的低頻子帶，得到近似圖像；6)利用第一混沌序列對(duì)近似圖像的像素位置進(jìn)行置亂，得到第一加密圖像；7)利用第二混沌序列對(duì)第一加密圖像進(jìn)行雙向擴(kuò)散和行列置亂，得到最終的加密圖像。本發(fā)明不僅能有效保證三維數(shù)據(jù)加密的精準(zhǔn)性，還能進(jìn)一步提升加密后的三維數(shù)據(jù)的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：張精平,雷小華,劉顯明,章鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19