[發明專利]一種隨機尺寸分割結構化相位板的圖像加密與解密方法

有效

• 申請號: 201810912437.0
• 申請日: 2018-08-11
• 公開（公告）號: CN109190392B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 孫文卿;王軍;陳寶華;范君柳;唐云海;吳泉英
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種隨機尺寸分割結構化相位板的圖像加密與解密方法。首先，在加密方，將隨機相位板分解為一系列隨機大小的子塊；然后，使用隨機參數生成的結構函數對每個子塊進行填充，按照此方法生成兩塊隨機相位板；接著，使用雙隨機加密系統對振幅圖像進行加密；最后，在解密方，使用共軛的相位板對圖像進行解密，恢復出原始圖像。本發明的方法可以更好的提高加密圖像的隨機性，提高加密系統的安全性，該方法除了可以對灰度圖像進行加密以外，還可以用于對彩色圖像，高光譜圖像以及多幅圖像的加密中，具有優異的社會效益和經濟效益。

技術領域

本發明屬于信息安全技術領域，具體涉及一種圖像加密與解密技術。

背景技術

隨著互聯網以及多媒體技術的不斷發展，信息安全方面的問題不容忽視。數字圖像作為最重要的信息傳遞載體之一。在軍事、金融、醫療、科研等領域，圖像數據往往要進行加密以后在進行傳輸，用于防止信息的竊取，因此，圖像加密技術也越來越受到人們的重視。

圖像加密的目的是將圖像本身所表達的信息進行隱藏，使不掌握密鑰的用戶無法獲得圖像的真實內容，而掌握密鑰的用戶可以通過解密算法，獲得真實的圖像信息。光學圖像加密技術是通過光電系統或者虛擬光學系統，使用一定的算法，對原圖像進行一定的擾亂操作，實現圖像數據的加密。最早的光學圖像加密系統是Refregier和Javidi提出的雙隨機相位編碼系統，該系統在典型的4f系統中，分別在光信號的輸入平面和傅立葉頻譜面上分別放入一塊隨機的相位掩模版，其目的是對輸入圖像的振幅與相位信息分別進行加密，從而達到令輸出的密文完全變為一幅白噪聲圖像的目的。此后該系統又拓展到了分數傅立葉域、菲涅爾域等。加密的手段以及應用領域也有了相當大的發展，從而也進一步的提高了系統的安全性。

但是，已經能夠證明，被白噪聲隨機相位板所加密的圖像，能夠被一些相位恢復算法所破解，即使在密鑰完全未知的情況下，通過迭代計算，也能夠恢復出圖像的信息，達到人眼能夠完全辨識的程度。因此，根據相位恢復算法的特點，改進這類系統的加密方式，是需要進一步解決的問題。近年來，提出了結構化的相位密鑰進行加密的方式，這類系統中使用的結構化相位密鑰是一些函數，通過輸入隨機參數，產生不同的相位分布模式，但是一般函數中的參數個數只有2-3個左右，這就會使得密鑰的空間明顯縮小。這樣一來，通過窮舉參數的方法，很可能就會破解出圖像的內容。于是，一些研究者又對相位模板進行分割，得到一系列大小相同的子模板，每塊子模板都用隨機參數的結構函數進行填充，從而提高加密的隨機性。

本發明專利提出了一種隨機尺寸分割的相位模板進行圖像加密與解密的方法。可以更好的提高加密圖像的隨機性，提高加密系統的安全性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種將隨機分割的結構化模板引入到圖像加密過程中的方法，為光學圖像加密技術提供新的途徑。

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。為實現上述目的，本發明的方案包括：

如圖1所示，加密過程如下：

1)待加密的圖像為I1(x,y)，將其放置在輸入面上，根據灰度圖像的特點，將其看作是一個振幅函數。圖像的像素尺寸為M*N。將最大的分割層數設定為整數 K，參數K最小值為1，最大值為lg(M)和lg(N)中的較小者，首次分割層數設定為1。

2)產生一個0-1之間隨機浮點數R_k，作為該層分割的閾值，下標k表示當前的分割層數。

3)再產生一個0-1之間隨機浮點數r，作為比較值，將R_k和r進行比較：①r≤R_k，則將這塊相位板的區域進行分割；②rR_k，則不進行分割。具體的分割方式是，如果該區域的像素尺寸為m*n，則將其分割為2*2的四塊，如果m 或n為偶數，則子塊的尺寸為m/2或n/2；如果m或n為奇數，則子塊的尺寸分別為[(m+1)/2和(m-1)/2]或[(n+1)/2和(n-1)/2]。