[發明專利]基于雙隨機相位編碼和干涉原理的圖像加密方法

有效

• 申請號: 201310204139.3
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103279916A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 汪小剛;周國泉;徐一清
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙隨機相位編碼和干涉原理的圖像加密方法，其特征是按如下步驟進行：

(1)加密：

(i)f(x，y)是待加密的原始圖像，h(x，y)是一幅用來產生假輪廓信息的圖像，R(x，y)是一塊隨機相位板，數學上可以具體表示成exp[2πm(x，y)]，其中m(x，y)代表在區間[0，1]上具有均勻概率分布的隨機矩陣，利用h(x，y)和R(x，y)得到一塊具有假輪廓信息的相位板：

P₁(u，υ)＝PR{FT[h(x，y)R(x，y)]}????(1)

其中FT[]和PR{}分別表示傅立葉變換和相位保留操作，(u，υ)代表傅立葉頻域的坐標，相位保留操作的結果是除去復振幅的振幅信息，只保留相位部分的信息；

(ii)利用經典的基于4f系統的雙隨機相位編碼技術對f(x，y)進行加密，輸入面上和傅立葉頻譜面上的兩塊相位板分別為R(x，y)和P₁^*(u，υ)，其中“*”表示共軛，加密結果表示為：

E(x，y)＝IFT[FT[f(x，y)R(x，y)]×P₁^*(u，υ)]????(2)

其中IFT[]表示逆傅立葉變換；

(iii)用θ(x，y)與A(x，y)分別表示E(x，y)的相位分布和振幅分布，根據光學干涉原理，E(x，y)可進一步分解成兩塊相位板，即有E(x，y)＝P(x，y)+P′(x，y)，其中P(x，y)、P′(x，y)分別為：

P(x，y)＝exp{i[θ(x，y)-arccos(A(x，y)/2)]}????(3)

P′(x，y)＝exp{i[θ(x，y)+arccos(A(x，y)/2)]}????(4)

由計算機隨機生成一個與P(x，y)尺寸相同，元素為0和1且兩元素概率各為1/2的二元矩陣M₁，其互補矩陣為M₂，即M₁和M₂之和是元素全為1的矩陣，利用M₁、M₂對P(x，y)和P′(x，y)兩塊相位板的部份元素進行隨機置換，重新得到兩塊新的相位板P₂(x，y)和P₃(x，y)，它們之間有如下關系：P(x，y)+P′(x，y)＝P₂(x，y)+P₃(x，y)，其中P₂(x，y)和P₃(x，y)分別表示為：

P₂(x，y)＝P(x，y)M₁+P′(x，y)M₂????(5)

P₃(x，y)＝P(x，y)M₂+P′(x，y)M₁????(6)

(2)解密：

(i)將相位板P₂(x，y)與P₃(x，y)相干疊加，由式(3)、(4)、(5)、(6)可知，相加的結果為P₂(x，y)+P₃(x，y)＝E(x，y)；

(ii)對相干疊加后得到的結果E(x，y)實行一次傅立葉變換，由式(2)得變換后的結果為FT{f(x，y)R(x，y)}×P₁^*(u，υ)；

(iii)對上一步驟中得到的結果與第一塊相位板P₁(u，υ)相乘，得到FT{f(x，y)R(x，y)}，對其進行逆傅里葉變換，并對變換后的結果進行切相操作，即保留復振幅的振幅信息，可得到明文f(x，y)；

綜合以上各過程，解密結果可簡單表示為：

f(x，y)＝PT{IFT[FT[P₂(x，y)+P₃(x，y)]×P₁(u，υ)]}????(7)

其中PT{}表示切相操作，即只取復振幅的振幅部分，3個作為加密結果的相位板P₁(u，υ)、P₂(x，y)和P₃(x，y)分別由式(1)、(5)和(6)給出，解密過程中可根據假的輪廓信息判斷出相位板P₁(u，υ)。