OpenCV计算机视觉开发实践：基于Qt C++ - 商品搜索 - 京东
15.1 图像加密和解密原理
通过按位异或运算可以实现图像的加密和解密。将原始图像与密钥图像进行按位异或可以实现加密；将加密后的图像与密钥图像进行按位异或可以实现解密。
异或运算规则可以描述为：
（1）运算数相同，结果为0；运算数不同，结果为1。
（2）任何数（0或1）与数值0异或，结果仍为自身。
（3）任何数（0或1）与数值1异或，结果变为另外一个数，即0变1，1变0。
（4）任何数（0或1）与自身异或，结果为0。
我们用表15-1来表示。
其中，XOR表示是异或运算符号。比如有两个数198和219，198的二进制形式是1100 0110，219的二进制形式是1101 1011，它们异或后得到的二进制形式是0001 1101，化为十进制数为29。
具体到图像，每个像素点在图像中都可以通过RGB（红绿蓝）三个颜色的组合来表示。若要对图像进行加密处理，通常需要先将其转化为灰度图像。在这一过程中，原本由RGB三个通道构成的像素值会被转换成一个单一的灰度值，其数值范围通常在0到255之间。
举例来说，假设我们有一个像素点的像素值为216（这可以被视作明文信息），我们选取一个数值178作为密钥（这个密钥由加密者自由设定）。通过将这两个数值的二进制形式进行按位异或运算，我们就能够完成加密过程，得到加密后的像素值（即密文）106。
当需要解密时，我们只需再次使用密钥178的二进制形式与密文106进行按位异或运算，即可还原出原始的像素值216（即明文）。
15.2 相关函数
通过图像加解密原理可知，涉及到的主要运算是异或运算，而OpenCV提供了库函数bitwise_xor来实现异或运算功能，其函数声明如下：
void bitwise_xor(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask = noArray());其中，输入参数src1、src2可为灰度图或彩色图，src1和src2大小需一样；参数mask 表示可选操作掩码，可通俗理解为一个遮罩，只对 mask 设定的有效区域进行操作，它是8位单通道。输出参数dst的尺寸和类型与src1保持一致。
下面我们来看一个该函数的实例。
【例15.1】对图片按位异或运算
（1）打开Qt Creator，新建一个控制台项目，项目名称是test。
（2）在main.cpp中输入代码如下：
#include "opencv2/opencv.hpp"
using namespace cv;
int main()
{
Mat dog,cat,img_and;
resize(imread("cat.png"),cat, Size(400, 360)); //加载图片并调整尺寸
resize(imread("dog.png"),dog, Size(400, 360)); //加载图片并调整尺寸
bitwise_xor(cat,dog,img_and); //异或运算
imshow("result",img_and);
waitKey(0);
return 0;
}
注意：加载图片并调整尺寸的目的是为了让两幅图像大小一样，然后再调用异或函数bitwise_xor。
（3）运行程序，运行结果如图15-1所示。
图15-1
15.3 代码实现图像加解密
前面我们讲解了图像加解密的原理和相关函数。下面我们就根据它们，通过代码来实现图像加解密。
【例15.2】实现图像加解密
（1）打开Qt Creator，新建一个控制台项目，项目名称是test。
（2）在main.cpp中输入代码如下：
#include "opencv2/opencv.hpp"
using namespace cv;
int main()
{
Mat encryption,decryption;
//读取图像并转为灰度图
Mat lena = imread("lena.jpg", IMREAD_GRAYSCALE);
//获取图像的尺寸
int r=lena.rows;
int c=lena.cols;
int type = CV_8UC1;
// 创建一个用于存储随机数的矩阵，大小和类型与目标矩阵相同
Mat key(r, c, type);
// 设置随机数的上下界
Scalar lowerb = cv::Scalar::all(0); // 最小值
Scalar upperb = cv::Scalar::all(255); // 最大值
// 生成随机数填充到矩阵中
randu(key, lowerb, upperb);
// 使用异或运算进行加密
bitwise_xor(lena, key,encryption);
//使用相同的密钥和异或运算进行解密
bitwise_xor(encryption, key,decryption);
//显示原图像、密钥、加密后的图像和解密后的图像
imshow("Original img", lena);
imshow("Random Key", key);
imshow("Encrypted img", encryption);
imshow("Decrypted img", decryption);
//等待任意按键按下后关闭所有窗口
waitKey(0);
destroyAllWindows();
return 0;
}
在上述示例中，首先使用`cv2.imread()`函数加载一个输入图像（假设为名为lena.jpg'的文件）并转为灰度图。然后检查图像是否成功读取，若成功则获取图像尺寸。
接着，生成随机密钥（也就是一个无意义的二维数据），大小与图像一致，数据类型为无符号8位整数。这个密钥不但用于加密，也用于解密，并且加密时候的密钥数据和解密时候都密钥数据要一致，而且平时要保存好，不能让第三方人知道，这种加解密方式成为对称加解密。
通过使用bitwise_xor()函数对图像进行异或操作来实现加密和解密。加密过程将每个像素的颜色值都与255进行按位异或，从而产生加密图像。解密过程与加密过程相同，因为两次按位取反操作可以恢复原始的颜色值。
最后，使用imshow()函数显示原始图像、密钥数据（图像）、加密后的图像和解密后的图像。waitKey(0)等待用户按下任意键关闭窗口，并使用destroyAllWindows()关闭所有窗口。
（3）运行程序，运行结果如图15-2所示。
图15-2
限于篇幅，这里只列出加密后的图像（Encrypted img）和解密后的图像（Decrypted img）。
