本申請涉及加密通信，尤其涉及到一種基于加密算法的圖像語義通信方法、裝置和電子設(shè)備以及計算機可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、語義通信作為新興通信技術(shù)，可以極大的緩解當(dāng)前通信帶寬緊缺而數(shù)據(jù)量激增的問題，是通信領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。尤其是針對圖像信息傳輸，語義通信技術(shù)可以在保證圖像視覺質(zhì)量的同時，大幅度減少待傳輸數(shù)據(jù)量，提高通信效率。然而，在有較高安全保密需求的領(lǐng)域中，如何增強對圖像語義通信技術(shù)進(jìn)行加密、提高安全性，是推動語義通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。

2、以量子密鑰分發(fā)、量子直接安全通信為代表的量子加密技術(shù)是當(dāng)前信息安全領(lǐng)域中安全性較高的技術(shù)手段，然而量子加密技術(shù)通常面臨著通信帶寬受限、傳輸能力有限的問題；以rsa算法為代表的經(jīng)典加密算法具有較高的吞吐量，然而當(dāng)前經(jīng)典加密算法存在被量子計算突破的安全風(fēng)險。圖像語義通信技術(shù)具有分析圖像中語義信息的能力，為分析圖像中不同信息的安全風(fēng)險提供了有效途徑。但如何分析圖像中不同信息的安全風(fēng)險，并有效聯(lián)合量子加密算法和經(jīng)典加密算法，同時實現(xiàn)圖像語義通信的高效性和安全性仍是當(dāng)前亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明實施例提供了一種基于加密算法的圖像語義通信方法及應(yīng)用，其可以解決現(xiàn)有圖像語義通信采用量子加密技術(shù)存在通信帶寬和傳輸能力受限的問題，以及采用經(jīng)典加密算法安全性低的問題。

2、一方面，本發(fā)明實施例提出了一種基于加密算法的圖像語義通信方法，包括：通過語義分割單元將輸入圖像分割為若干語義信息單元，所述語義信息單元包括任務(wù)目標(biāo)相關(guān)的高安全風(fēng)險信息單元及背景相關(guān)的低安全風(fēng)險信息單元；基于任務(wù)知識庫提供的任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)和所述語義信息單元的存儲空間，通過安全風(fēng)險判別算法計算各所述語義信息單元的風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)，并根據(jù)所述風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)進(jìn)行所述高安全風(fēng)險信息單元與所述低安全風(fēng)險信息單元的分類；采用量子加密算法對所述高安全風(fēng)險信息單元進(jìn)行加密，并采用經(jīng)典加密算法對所述低安全風(fēng)險信息單元進(jìn)行加密；將加密后的所述語義信息單元通過通信信道傳輸至接收端，并在接收端對所述語義信息單元分別解密后重構(gòu)為完整圖像。

3、在本發(fā)明的一個實施例中，所述語義分割單元包括yolo-world模型和sam模型，所述yolo-world模型基于所述任務(wù)知識庫中的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)域提取，所述sam模型對提取的區(qū)域進(jìn)行精細(xì)分割以生成獨立的所述語義信息單元。

4、在本發(fā)明的一個實施例中，所述安全風(fēng)險判別算法通過以下公式計算風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)：；其中，為語義信息單元的任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)，為存儲空間大小。

5、在本發(fā)明的一個實施例中，所述量子加密算法包括量子密鑰分發(fā)或量子直接安全通信，加密過程中實時監(jiān)測信道是否被竊聽，且所述高安全風(fēng)險信息單元采用一次一密的方式加密。

6、在本發(fā)明的一個實施例中，所述通信信道傳輸采用自適應(yīng)帶寬分配算法，包括：根據(jù)所述語義信息單元的任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)和存儲空間動態(tài)分配通信帶寬，并對低于預(yù)設(shè)任務(wù)相關(guān)性的所述語義信息單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽傳輸。

7、在本發(fā)明的一個實施例中，所述圖像重構(gòu)基于opencv框架，將解密后的語義信息單元與領(lǐng)域知識庫提供的三維數(shù)據(jù)融合，生成視覺質(zhì)量優(yōu)化的重構(gòu)圖像。

8、在本發(fā)明的一個實施例中，所述任務(wù)知識庫包含任務(wù)目標(biāo)實體及任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)，所述領(lǐng)域知識庫包含任務(wù)目標(biāo)實體的三維數(shù)據(jù)及標(biāo)簽關(guān)聯(lián)圖像數(shù)據(jù)。

9、另一方面，本發(fā)明實施例還提出了一種基于加密算法的圖像語義通信裝置，包括：圖像語義分割模塊，用于通過語義分割單元將輸入圖像分割為若干語義信息單元，所述語義信息單元包括任務(wù)目標(biāo)相關(guān)的高安全風(fēng)險信息單元及背景相關(guān)的低安全風(fēng)險信息單元；信息單元分類模塊，用于基于任務(wù)知識庫提供的任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)和所述語義信息單元的存儲空間，通過安全風(fēng)險判別算法計算各所述語義信息單元的風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)，并根據(jù)所述風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)進(jìn)行所述高安全風(fēng)險信息單元與所述低安全風(fēng)險信息單元的分類；信息單元加密模塊，用于采用量子加密算法對所述高安全風(fēng)險信息單元進(jìn)行加密，并采用經(jīng)典加密算法對所述低安全風(fēng)險信息單元進(jìn)行加密；圖像重構(gòu)模塊，用于將加密后的所述語義信息單元通過通信信道傳輸至接收端，并在所述接收端對所述語義信息單元分別解密后重構(gòu)為完整圖像。

10、再一方面，本發(fā)明實施例還提出一種電子設(shè)備，包括：存儲器和連接所述存儲器的一個或多個處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器用于執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)如上述中任意一個實施例所述的基于加密算法的圖像語義通信方法。

11、又一方面，本發(fā)明實施例還提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機可執(zhí)行指令，所述計算機可執(zhí)行指令用于執(zhí)行如上述中任意一個實施例所述的基于加密算法的圖像語義通信方法。

12、由上可知，本發(fā)明的上述實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少可以具有以下一個或多個有益效果：

13、本發(fā)明提出了一種聯(lián)合量子-經(jīng)典加密算法的安全圖像語義通信方法，具體通過分析圖像中包含的語義信息、并解耦成不同語義信息單元，分析不同信息單元的安全風(fēng)險，利用量子加密算法加密高安全風(fēng)險的信息單元，利用經(jīng)典加密算法加密低安全風(fēng)險的信息單元，有效結(jié)合量子加密算法和經(jīng)典加密算法的優(yōu)勢，避免了傳統(tǒng)加密算法面臨量子計算帶來的失泄密風(fēng)險問題的同時，實現(xiàn)高效率、高安全性的圖像語義通信；提出的安全風(fēng)險評估方法綜合考慮了信息單元的任務(wù)相關(guān)性和存儲空間大小，保證了存儲空間小、相關(guān)性高的信息單元的優(yōu)先通過量子加密技術(shù)加密，很好的克服了量子加密技術(shù)吞吐量低的局限性，通過有限的量子密鑰保護了圖像中的核心信息。

技術(shù)特征：

1.一種基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，所述語義分割單元包括yolo-world模型和sam模型，所述yolo-world模型基于所述任務(wù)知識庫中的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)域提取，所述sam模型對提取的區(qū)域進(jìn)行精細(xì)分割以生成獨立的所述語義信息單元。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，所述安全風(fēng)險判別算法通過以下公式計算風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，所述量子加密算法包括量子密鑰分發(fā)或量子直接安全通信，加密過程中實時監(jiān)測信道是否被竊聽，且所述高安全風(fēng)險信息單元采用一次一密的方式加密。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，所述通信信道傳輸采用自適應(yīng)帶寬分配算法，包括：根據(jù)所述語義信息單元的任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)和存儲空間動態(tài)分配通信帶寬，并對低于預(yù)設(shè)任務(wù)相關(guān)性的所述語義信息單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽傳輸。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，所述圖像重構(gòu)基于opencv框架，將解密后的所述語義信息單元與領(lǐng)域知識庫提供的三維數(shù)據(jù)融合，生成視覺質(zhì)量優(yōu)化的重構(gòu)圖像。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于加密算法的圖像語義通信方法，其特征在于，所述任務(wù)知識庫包含任務(wù)目標(biāo)實體及任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)，所述領(lǐng)域知識庫包含任務(wù)目標(biāo)實體的三維數(shù)據(jù)及標(biāo)簽關(guān)聯(lián)圖像數(shù)據(jù)。

8.一種基于加密算法的圖像語義通信裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲器和連接所述存儲器的一個或多個處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器用于執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的基于加密算法的圖像語義通信方法。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機可執(zhí)行命令，所述計算機可執(zhí)行命令用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的基于加密算法的圖像語義通信方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于加密算法的圖像語義通信方法及應(yīng)用，所述方法包括：將輸入圖像分割為若干語義信息單元；基于任務(wù)知識庫提供的任務(wù)相關(guān)性分?jǐn)?shù)和語義信息單元的存儲空間，通過安全風(fēng)險判別算法計算各語義信息單元的風(fēng)險等級分?jǐn)?shù)，并進(jìn)行高安全風(fēng)險信息單元與低安全風(fēng)險信息單元的分類；采用量子加密算法對高安全風(fēng)險信息單元進(jìn)行加密，采用經(jīng)典加密算法對低安全風(fēng)險信息單元進(jìn)行加密；將加密后的語義信息單元通過通信信道傳輸至接收端，并在接收端對語義信息單元分別解密后重構(gòu)為完整圖像。其可以解決現(xiàn)有圖像語義通信采用量子加密技術(shù)存在通信帶寬和傳輸能力受限和經(jīng)典加密算法安全性低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：楊君剛,郭暢,劉嘉琦,盧震海,李堯,張瑋,馬建鋒
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15