一种基于不可逆矩阵的图片验证码生成方法

摘要

本发明实施例公开了一种基于不可逆矩阵的图片验证码生成方法，包括：变换类型的选定及不可逆矩阵的生成；图片的不可逆变换；图片随机噪声的添加及多幅变换图片的组合。通过实施本发明实施例，提高图片的反破解性，又不会降低人对图像理解的准确率。

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种基于不可逆矩阵的图片验证码生成方法。

背景技术

在当今的互联网，各种攻击、欺骗、冒充行为充斥着整个Internet。黑客能够利用利用机器人程序自动注册、登陆、发帖等，对互联网安全造成严重的威胁。图片验证码就是一种阻止此类事件发生的途径，防止被暴力破解。实际上使用图片验证码是现在很多网站通行的方式，比如招商银行的网上个人银行，腾讯的QQ社区等。所谓验证码，就是将一串随机产生的数字或符号，生成一幅图片，图片里加上一些干扰象素(防止OCR)，由用户肉眼识别其中的验证码信息，输入表单提交网站验证，验证成功后才能使用某项功能。

常见的验证码包括：1，四位数字，随机的一数字字符串，最原始的验证码，验证作用几乎为零；2，CSDN网站用户登录使用的GIF格式，目前常用的随机数字图片验证码。图片上的字符比较中规中矩，验证作用比上一个好。3，QQ网站用户登录用的是PNG格式，图片由随机数字和随机大写英文字母，整个构图有点张扬，每刷新一次，每个字符还会变位置；4，MS的hotmail申请时候的是BMP格式，使用随机数字，随机大写英文字母，随机干扰像素和随机位置；5，Google的Gmail注册时使用的JPG格式，使用随机英文字母、随机颜色、随机位置和随机长度；6，其他各大论坛的是XBM格式，内容随机；7，汉字验证码，它是字符串内容最为复杂的验证码，随机生成；8、问题验证码，主要以问答形式进行填写。

而现有的图片验证码容易遭破解，也不容易很正确的理解图片的内容。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于不可逆矩阵的图片验证码生成方法，对图像各像素点实施不可逆变换，并在此基础上，对变换后的图片施加随机噪声图片干扰，提高图片的反破解性，又不会降低人对图像理解的准确率。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供以下技术方案实现的：

变换类型的选定及不可逆矩阵的生成；

图片的不可逆变换；

图片随机噪声的添加及多幅变换图片的组合。

所述变换类型的选定及不可逆矩阵的生成包括：

选定对图片实施的变换类型及生成相应的不可逆变换矩阵。

所述图片的不可逆变换包括：

通过矩阵相乘操作实施图片变换。

所述图片随机噪声的添加及多幅变换图片的组合包括：

在每幅变换后的图片上施加随机噪声，并将若干幅此类图片拼接组合为一幅图片。

在本发明的实施例中，是在用户可以辨认的情况下，对图片施加旋转、平移等变换和缩放变换，再加上随机内容的干扰而形成图片验证码。图片通过实施原理上不可逆的变换，添加随机噪声再将若干幅变换后的图片拼接成为所需图片验证码，从而提高图片的反破解性，又不会降低人对图像理解的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的基于不可逆矩阵的图片验证码生成方法流程图；

图2为图1中的生成不可逆的变换矩阵流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，图1是出了本发明实施例中的基于不可逆矩阵的图片验证码生成方法流程图，包括：

S101：变换类型的选定及不可逆矩阵的生成；

图片变换主要有平移、缩放和旋转。对于图片上某点(x，y)可以通过实施以下的矩阵相乘达到(Δx，Δy)平移变换。

$\left(\begin{array}{ccc}1& 0& \mathrm{\Delta x}\\ 0& 1& \mathrm{\Delta y}\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}x+\mathrm{\Delta x}\\ y+\mathrm{\Delta y}\\ 1\end{array}\right)$

对于图像上某点(x，y)可以通过实施以下的矩阵相乘达到(s，h)的缩放变换。

$\left(\begin{array}{ccc}s& 0& 0\\ 0& h& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{sx}\\ \mathrm{hy}\\ 1\end{array}\right)$

对于图像上某点(x，y)可以通过实施以下的矩阵相乘达到逆时针θ的缩放变换。

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos \theta & -\sin \theta & 0\\ \sin \theta & \cos \theta & 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}x\cos \theta -y\sin \theta \\ x\sin \theta +y\cos \theta \\ 1\end{array}\right)$

上述的三种变换是基本的图片变换，而且变换矩阵均可逆，从原理上来说是可逆的。可以对变换矩阵做若干改动使得其为不可逆矩阵，从而在原理上不可还原。

首先是对平移矩阵的修改使之变为不可逆。对平移矩阵做一下修改

$\left(\begin{array}{ccc}1& 0& \mathrm{\Delta x}\\ 0& 1& \mathrm{\Delta y}\\ f& g& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}x+\mathrm{\Delta x}\\ y+\mathrm{\Delta y}\\ \mathrm{fx}+\mathrm{gy}+1\end{array}\right)$

变换矩阵的行列式的值为1-gΔy-fΔx，可以根据设定的Δx，Δy取相应的g，f使得行列式的值为0，即变换矩阵不可逆，并可以通过线性规划求得g，f，使得fx+gy的值接近0，尔后对矩阵实施整体缩放，使得：

$\left(\begin{array}{ccc}1/(\mathrm{fx}+\mathrm{gy}+1)& 0& 0\\ 0& 1/(\mathrm{fx}+\mathrm{gy}+1)& 0\\ 0& 0& 1/(\mathrm{fx}+\mathrm{gy}+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& \mathrm{\Delta x}\\ 0& 1& \mathrm{\Delta y}\\ f& g& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(x+\mathrm{\Delta x})/(\mathrm{fx}+\mathrm{gy}+1)\\ (y+\mathrm{\Delta y})/(\mathrm{fx}+\mathrm{gy}+1)\\ 1\end{array}\right)$

1/(fx+gy+1)接近于1，因而变换后的平移接近原有平移，但此时使用不可逆矩阵实施变换。

对旋转矩阵作出以下修改

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos \theta & -\sin \theta & e\\ \sin \theta & \cos \theta & f\\ g& h& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}x\cos \theta -y\sin \theta +e\\ y\cos \theta +x\sin \theta +f\\ 1+\mathrm{gx}+\mathrm{hy}\end{array}\right)$

行列式的值为1-fhcosθ+ehsinθ-gfsinθ-gecosθ，变换后的矩阵为可以取适当的值，使得1-fhcosθ+ehsinθ-gfsinθ-gecosθ为0，即矩阵不可逆，使得1+gx+hy接近1，e，f在1到3个像素内变换，再做缩放变换可得

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1/1+\mathrm{gx}+\mathrm{hy}& 0& 0\\ 0& 1/1+\mathrm{gx}+\mathrm{hy}& 0\\ 0& 0& 1/1+\mathrm{gx}+\mathrm{hy}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos \theta & -\sin \theta & e\\ \sin \theta & \cos \theta & f\\ g& h& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(x\cos \theta -y\sin \theta +e)/(1+\mathrm{gx}+\mathrm{hy})\\ (y\cos \theta +x\sin \theta +f)/(1+\mathrm{gx}+\mathrm{hy})\\ 1\end{array}\right)$

因而当选定变换方式后，可以根据上述原理生成不可逆的变换矩阵，具体的流程图可参阅到图2，步骤如下：

S201：变换类型选定；

S202：判断是否进行旋转变换，如果是则进行S203，否则进行S206；

S203：输入旋转参数及点坐标；

S204：设定4个参数；

S205：由输入参数确定4个设定参数值；

S206：输入平移参数及点坐标；

S207：设定2个参数；

S208：由输入参数确定2个设定参数值；

S209：举证相乘计算变换后的坐标。

S102：图片的不可逆变换；

将图片中的每一个像素点均辅以坐标，以图片左下方为像素点，选定变换方式后，根据实施例一所示生成不可逆矩阵M，将像素点(x，y)变为列向量[x y 1]′，对其实施乘法运算得到如下的(x′，y′)为新的像素点。

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\\ 1\end{array}\right)=M\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)$

对与边缘点进行忽略处理。

S103：图片随机噪声的添加及多幅变换图片的组合。

在进行不可逆变换后的图片上施加随机噪声起到干扰作用，并将几幅图片拼接成一张图片形成图片验证码。

综上可以看出，本发明实施例中通过对图片变换类型选定，生成不可逆变换矩阵并计算变换后的坐标，对变换后的坐标施加噪声，将若干张变换后并施加噪声的图片拼接为一张，形成验证码，从而提高图片的反破解性，又不会降低人对图像理解的准确率。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种数字家庭的地理信息的可视可听化方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。