[發(fā)明專利]基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)自由空間傳播變換的光學(xué)多圖像加密算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810538431.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN108804934A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隋連升;張笑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F21/60
• 分類號(hào): G06F21/60
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 蔣姝泓

本發(fā)明公開了一種基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)自由空間傳播變換的光學(xué)多圖像加密算法，首先通過在相位恢復(fù)算法中使用結(jié)構(gòu)化相位掩模，將每一個(gè)原始平面圖像編碼為一個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位掩模；然后將所有原始平面圖像對(duì)應(yīng)的相位掩模通過相位掩模多路復(fù)用技術(shù)集成到噪聲類密文中。當(dāng)重建原始圖像時(shí)，直接采用雙隨機(jī)相位編碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)化相位掩模和相應(yīng)的解密密鑰掩模位于沿著傳播軸的確定位置。該方法可以大大提高安全水平。仿真結(jié)果驗(yàn)證了此方案的魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于虛擬光學(xué)信息加密方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)自由空間傳播變換的光學(xué)多圖像加密算法。

背景技術(shù)

由于光學(xué)信息安全技術(shù)具有并行處理，多維能力和多參數(shù)等顯著的物理特性，在過去的幾十年中引起了廣泛的關(guān)注。其中一種經(jīng)典技術(shù)是基于4f光學(xué)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的雙隨機(jī)相位編碼(DRPE)，其中可以將原圖像加密成具有靜態(tài)白噪聲分布的密文。現(xiàn)在，它已被擴(kuò)展到不同的光學(xué)領(lǐng)域，如分?jǐn)?shù)傅里葉變換域，菲涅耳變換域，回轉(zhuǎn)變換域和其他域，其中額外的光學(xué)參數(shù)可以作為消除由DRPE固有線性引起的威脅的安全密鑰。除了DRPE及其擴(kuò)展之外，許多其他類型的光學(xué)圖像加密技術(shù)，如積分成像，衍射成像，光子計(jì)數(shù)成像，鬼成像，偏振光編碼，聯(lián)合變換相關(guān)器，干涉儀，壓縮感知，疊層成像和快速響應(yīng)代碼也被廣泛使用。另外，稀疏表示和約束被用來實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像加密和認(rèn)證。

由于高效和增強(qiáng)的安全性問題，越來越多的研究人員關(guān)注基于不同復(fù)用的多圖像加密算法，例如波長多路復(fù)用，位置多路復(fù)用，相位掩模多路復(fù)用，空間復(fù)用，θ調(diào)制，橫向移位，頻移和光譜裁剪等。在DRPE的幫助下，Niu等人提出了一個(gè)基于干涉和頻譜中心偏移技術(shù)的多圖像加密方法，其中兩個(gè)平面圖像通過干涉方法被加密。但是，基于干涉的加密方法具有固有的輪廓問題。光學(xué)多圖像處理方案也在諸如傅立葉變換域級(jí)聯(lián)分?jǐn)?shù)的不同領(lǐng)域進(jìn)行了研究。Wan等人提出了基于壓縮全息的多圖像加密方案，它可以在多個(gè)物體光束和唯一的參考光束之間通過干涉記錄所有信息到一個(gè)全息圖。陳提出了一個(gè)三維光學(xué)多圖像加密的空間策略，將每個(gè)普通圖像分解為一系列顆粒狀的點(diǎn)。Alfalou和Brosseau提出了一個(gè)可以同時(shí)壓縮和加密多圖像的算法。Wu等人提出了基于計(jì)算鬼成像的多圖像加密方案，其中每個(gè)平面圖像最初被編碼成具有不同衍射距離的強(qiáng)度矢量。這個(gè)方案很明顯的缺點(diǎn)是將一系列參考強(qiáng)度模式視為私鑰，這使得存儲(chǔ)空間變大，傳輸帶寬繁瑣。為了減少存儲(chǔ)空間，Li等人提出了一個(gè)基于壓縮鬼成像和坐標(biāo)采樣的多重圖像加密方法，其中隨修改后的邏輯映射生成隨機(jī)相位掩模算法。此外，迭代相位搜索技術(shù)，如修改的Gerchberg-Saxton算法通常被用來加密多圖像，其中串?dāng)_噪聲的影響可能被盡快消除。

與基于雙隨機(jī)相位編碼體系結(jié)構(gòu)的相位恢復(fù)算法不同，本文提出的方案只需要一個(gè)相位掩模。不管這個(gè)相位掩模是用作密鑰還是密文，它都很容易分發(fā)，存儲(chǔ)和記憶。除了傳播距離d₁和d₂之外，可以使用包含在結(jié)構(gòu)相位掩模中的光波長λ和拓?fù)潆姾蒔等光學(xué)參數(shù)作為安全密鑰，這表明加密方案的安全性大大提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)自由空間傳播變換的光學(xué)多圖像加密算法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)自由空間傳播變換的光學(xué)多圖像加密算法，首先通過在相位恢復(fù)算法中使用結(jié)構(gòu)化相位掩模，將每一個(gè)原始平面圖像編碼為一個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位掩模；然后將所有原始平面圖像對(duì)應(yīng)的相位掩模通過相位掩模多路復(fù)用技術(shù)集成到噪聲類密文中。

該方法具體包括如下步驟：

第一步：將每一個(gè)原始平面圖像加密為相位掩模。

使用迭代相位搜索算法將平面圖像f_i(x,y)加密為相位掩膜P_i(μ,ν)。相位掩膜P_i(μ,ν)產(chǎn)生過程可以描述如下：

步驟1.在圖像平面上得到的復(fù)值波前可以表示為：