【Java编程】【计算机视觉】一种简单的图片加/解密算法

by Li y.c.

一、内容简介

本文介绍一种简单的图片加/解密算法，算法的基本原理十分简单，即逐个（逐行、逐列）地获取图片的像素点颜色值，对其进行一些简单的算数运算操作进行加密，解密过程则相应地为加密运算的逆运算。

二、图片表示基础

在计算机中，图片（我们使用.jpg文件作为示例）在内存中是使用RGB数组进行存储，举例：

在这里插入图片描述

以上图片中，每一个像素点用一个rgb值表示，一般为6位16进制数，例如0x123456，这里0x12表示红度（RED）值，0x34表示绿度（GREEN）值，0x56表示蓝度（BLUE）值。注意到，两位16进制数的取值范围为0~255（0x00到0xFF）。

三、R/G/B值的获取

假如我们知道当前像素点的rgb值为0x123456，如何从中获取到分离的r/g/b值呢？通过简单的位运算即可。如以下java代码：

public class RGBTest {public static void main(String[] args) {String format1 = String.format("%x", (0x123456 >> 16));  // 获取red值（前两位）String format2 = String.format("%x", (0x123456 >> 8) & 0xFF);  // 获取green值（中间两位）String format3 = String.format("%x", (0x123456) & 0xFF);  // 获取blue值（末两位）String format = String.format("%x", (0x123456) & 0xFFFFFF);  // 不做改变System.out.println(format1);System.out.println(format2);System.out.println(format3);System.out.println(format);}
}

运行结果正是我们想要的：

在这里插入图片描述

四、获取整张图片的RGB数组

有了以上的基础，我们就可以将整张图片存储为一个RGB表示的数组，为之后的加/解密操作做基础。使用如下的Java代码：

public List<Integer> getRGB(BufferedImage image, int x, int y) {List<Integer> rgb = new ArrayList<Integer>();if (image != null && x <= image.getWidth() && y <= image.getHeight()) {for (int h = 0; h < y; h++) {for (int w = 0; w < x; w++) {//获得w,h坐标的颜色int pixel = image.getRGB(w, h);rgb.add(pixel);}}}return rgb;}

五、加密函数

我们使用简单的加密操作，即把图片的R/G/B值同时加50后模256（防止值溢出造成噪点【可以想见，若某一通道出现进位，后果是灾难性的】）：

// 加密函数public static void Encrypt(Integer[] rgb, int width, int height) {// 输出文件名File file = new File("image_out.jpg");BufferedImage bi = new BufferedImage(width, height,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);Graphics2D g2 = (Graphics2D) bi.getGraphics();for (int h = 0; h < height; h++) {for (int w = 0; w < width; w++) {int color = rgb[w + width * h];int red = color >> 16;int green = (color >> 8) & 0xFF;int blue = color & 0xFF;int red_ = (red + 50) % 256;int green_ = (green + 50) % 256;int blue_ = (blue + 50) % 256;Color c = new Color(red_ << 16 | green_ << 8 | blue_);g2.setColor(c);g2.drawLine(w, h, w + 1, h + 1);}}try {ImageIO.write(bi, "jpg", file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}

看看加密效果：（以下代码位于主函数中）

// 加密部分：【image_1_1.jpg】---【image_out.jpg】Image_Encrypt r = new Image_Encrypt();File f = new File("image_1_1.jpg");BufferedImage bi = ImageIO.read(f);int width = bi.getWidth();int height = bi.getHeight();List<Integer> l = null;Integer[] rbg = new Integer[width * height];l = r.getRGB(bi, width, height);
//             查看rgb值：
//            System.out.print(l);for (int i = 0; i < width * height; i++) {rbg[i] = l.get(i);}Encrypt(rbg, width, height);

加密后的图像：

在这里插入图片描述

六、解密函数

解密函数应为加密函数的逆运算，考虑到边缘条件，代码如下：

// 解密函数public static void Decrypt(Integer[] rgb, int width, int height) {// 输出文件名File file = new File("image_out_de.jpg");BufferedImage bi = new BufferedImage(width, height,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);Graphics2D g2 = (Graphics2D) bi.getGraphics();for (int h = 0; h < height; h++) {for (int w = 0; w < width; w++) {int color = rgb[w + width * h];int red = color >> 16;int green = (color >> 8) & 0xFF;int blue = color & 0xFF;int red_;if (red == 255){red_ = 255;}else{red_ = (red - 50 + 255) % 255;}int green_;if (green == 255){green_ = 255;}else{green_ = (green - 50 + 255) % 255;}int blue_;if (blue == 255){blue_ = 255;}else{blue_ = (blue - 50 + 255) % 255;}Color c = new Color(red_ << 16 | green_ << 8 | blue_);g2.setColor(c);g2.drawLine(w, h, w + 1, h + 1);}}try {ImageIO.write(bi, "jpg", file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}

解密后的图像却是这样的：

在这里插入图片描述

推测是由于边缘条件造成的，修改代码中……

【debug】
我们写一个测试类，看看从0到255的值里面，是否有不满足该逆运算关系的：

public class Test {public static void main(String[] args){for (int i = 0;i <= 255;i ++){int j = (i + 50) % 256;int j_ = (j - 50 + 256) % 256;if (i != j_){System.out.print("errr");}}}
}

输出如下：

【没有报错】……？？

基准测试

加/解密均不做任何操作，直接由三通道的值拼凑出rgb数组：

加密函数

// 加密函数public static void Encrypt(Integer[] rgb, int width, int height) {// 输出文件名File file = new File("image_out.jpg");BufferedImage bi = new BufferedImage(width, height,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);Graphics2D g2 = (Graphics2D) bi.getGraphics();for (int h = 0; h < height; h++) {for (int w = 0; w < width; w++) {int color = rgb[w + width * h];int red = color >> 16;int green = (color >> 8) & 0xFF;int blue = color & 0xFF;// 基准测试int red_ = red;int green_ = green;int blue_ = blue;//                int red_ = (red + 50) % 256;
//                int green_ = (green + 50) % 256;
//                int blue_ = (blue + 50) % 256;Color c = new Color(red_ << 16 | green_ << 8 | blue_);g2.setColor(c);g2.drawLine(w, h, w + 1, h + 1);}}try {ImageIO.write(bi, "jpg", file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}

解密函数

// 解密函数public static void Decrypt(Integer[] rgb, int width, int height) {// 输出文件名File file = new File("image_out_de.jpg");BufferedImage bi = new BufferedImage(width, height,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);Graphics2D g2 = (Graphics2D) bi.getGraphics();for (int h = 0; h < height; h++) {for (int w = 0; w < width; w++) {int color = rgb[w + width * h];int red = color >> 16;int green = (color >> 8) & 0xFF;int blue = color & 0xFF;// 基准测试int red_ = red;int green_ = green;int blue_ = blue;
//                int red_;
//                if (red == 255){
//                    red_ = 255;
//                }
//                else{
//                    red_ = (red - 50 + 256) % 256;
//                }//                int green_;
//                if (green == 255){
//                    green_ = 255;
//                }
//                else{
//                    green_ = (green - 50 + 256) % 256;
//                }//                int blue_;
//                if (blue == 255){
//                    blue_ = 255;
//                }
//                else{
//                    blue_ = (blue - 50 + 256) % 256;
//                }Color c = new Color(red_ << 16 | green_ << 8 | blue_);g2.setColor(c);g2.drawLine(w, h, w + 1, h + 1);}}try {ImageIO.write(bi, "jpg", file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}