[發明專利]一種基于計算全息的多圖像加密裝置及算法

在審

• 申請號: 201710654228.6
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107452040A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 張艷雪
• 申請（專利權）人: 張艷雪
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及信息傳輸技術領域，具體為一種基于計算全息的多圖像加密裝置及算法。

背景技術

計算全息是建立在現代光學和數字計算的基礎上的，利用計算機編碼制作全息圖，可以記錄光波的相位和振幅，不要求物體實際存在，只需要把物光波的數學描述輸入計算機中進行相應的編碼，即可以生成所需的全息圖，計算全息的這種特性在信息處理中空間濾波的合成、干涉計量中產生特殊的參考波面，三維虛構物體的顯示中具有良好的應用。它克服了當前光學加密解密過程中的對實驗設備的以來，使全息加密技術實現實時化。計算全息的制作和在線過程主要通過抽樣、計算、編碼、成圖、再現五個步驟，這種制作過程采用數字定量計算、精度高、抗干擾能力強、噪聲小、易于復制等優越性特點。針對二位平面物體計算全息圖的生成，從衍射理論的全息圖計算方法和基于迭代算法的全息圖計算方法研究傅里葉迭代和菲涅耳迭代算法生成全息圖成為目前研究計算全息的基礎。

小波變換是一種復雜的數學變換，可以對原始圖像進行時域和頻域上的分解，在數字通信領域，小波變換能夠將圖像進行多層次的分解，將大部分的能量集中在低頻部分引起重視，廣泛的應用于圖像壓縮、分類識別、去除噪聲等。

隨著社會信息迅猛發展的同時，在網絡上涉及到的個人隱私、商業集體利益、國家機密的傳輸時，容易被不法分子利用和破壞，所以信息傳輸安全的保密性越來越引起廣泛的重視，因此科研工作者相繼提了各種各樣的加密方案，信息圖像的安全傳輸成為研究的熱點。現有的加密主要可以分為量子加密、光學加密和計算全息加密。相對于前兩者而言，計算全息不同于量子加密，雖然具有極強的保密性，但是在目前研究現狀上受到距離的限制，也不同于光學加密，雖然具有并行處理數據、大信息量的特點，但是對實驗硬件要求高，而且光路復雜，易受干擾。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于計算全息的多圖像加密裝置及算法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于計算全息的多圖像加密裝置，所述加密裝置包括輸入信號面、第一隨機相位板、第二隨機相位板和輸出信號面，且從左到右分別代表輸入面、變換面和輸出面。

優選的，所述第一隨機相位板、第二隨機相位板分別為exp[j2πδ(x,y)]和 exp[j2πε(α,β)]，δ(x,y)和ε(α,β)是均勻分布在[0,1]上的兩個獨立白噪聲序列，平面之間的距離為Z₁和Z₂；加密過程包括以下步驟：待加密圖像為f(x,y)，引入波長為λ的入射光垂直照射，放置第一個隨機相位板RPM1緊貼輸入平面，出射光首先通過第一個隨機相位板RPM1加密，經過距離為Z₁的菲涅爾衍射到達∑₁平面通過RPM2的隨機相位板加密，再經過距離為Z₂的菲涅爾衍射到達輸出平面∑₂，得到加密圖像為g(x,y)。

優選的，加密過程采用如下公式表示，其中Frn代表菲涅爾衍射：

g(x,y)＝Frn{Frn{f(x,y)exp[j2πδ(x,y)]；z1}exp[j2πε(α,β)]；z2}

在菲涅爾衍射的解密過程中，由于菲涅爾變換在光學上不存在，所以取 g(x,y)得共軛來進行解密，g^*(x,y)為g(x,y)的共軛，加密與解密的裝置一樣，只是方向相反，g^*(x,y)經過兩次解密后的圖像為：

f(x,y)exp[j2πδ(x,y)]＝Frn{Frn[g^*(x,y)；z2]exp[j2πε(α,β)]；z1}

由于f(x,y)是實函數，所以能夠用CCD獲得圖像的光強|f(x,y)|2。

優選的，還包括Arnold置亂加密，其中，Arnold變換的矩陣表示式為：

(x′,y′)是圖像中(x,y)的像素變換后的新的位置，x、y為圖像的像素坐標 x、y∈{0,1,2…N-1},N為矩陣的維數，反復的進行此變換，即可得到置亂的圖像。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明能夠確保信息安全的情況下清晰的顯示圖像，光路簡單，不需要變換透鏡。使用小波變換和菲涅爾雙隨機相位加密，使得此設計系統具有高并行性和傳輸性，使用Arnold變換置亂方式的雙重加密，大大增加了破解圖像的難度，有利于加密全息圖的存儲和傳輸。通過實驗驗證表明，此方法具有良好的魯棒性，具有很好的加密效果。

附圖說明