[發明專利]使用相位迭代算法的計算鬼成像的光學圖像加密方法

有效

• 申請號: 201910543348.8
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110348232B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 隋連升;程茵;王戰敏
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 杜娟

1.一種使用相位迭代算法的計算鬼成像的光學圖像加密方法，其特征在于，按照以下步驟實施：

步驟1：對激光束進行準直照明，并依次將一組不同的隨機相位掩模輸入到空間光調制器中；波被純相位掩模調制，產生的隨機散斑圖案在距離空間光調制器平面軸向距離處穿過物體，具體過程是：

對激光器發出的激光束進行準直照明，并依次將一組不同的隨機相位掩模輸入到空間光調制器中；波被純相位掩模調制，產生的隨機散斑圖案在距離空間光調制器平面軸向距離處穿過物體；測量的強度B_i由位于物體后方的不需要空間分辨率的桶探測器記錄，數學表達式為：

B_i＝∫∫dμdνI_i(μ,ν)T(μ,ν)

使用改進的Gerchberg-Saxton算法生成純相位掩模，其中Walsh-Hadamard模式被應用為迭代相位檢索過程中的幅度約束；具有階數2的基本塊通常用于構建具有任何順序的Hadamard矩陣，其在數學上被定義為：

然后，使用以下遞歸公式獲得具有的2^k的Hadamard矩陣，表達式是：

任何順序的Hadamard矩陣都是正方形和對稱的，其中每個元素等于+1或-1；假設要成像的對象的大小是M×N像素，其滿足條件M×N＝2^k；計算具有階數2^k的Hadamard矩陣之后，將每行重新排列成具有M×N像素的2D圖像，使用迭代相位檢索算法從該圖像中檢索純相位掩模；此后，從該Hadamard矩陣生成總相位掩模，完全或部分地用于單像素相關成像的過程中；將其中一個重新排列的模式圖像表示為f_i(μ,ν)，對應的純相位掩模表示為分別位于像平面和純相位掩模平面，迭代過程如下：

1.1)估計相位掩模在純相位掩模平面中生成，該純相位掩模平面將在接下來的迭代循環中更新；初始相位分布由[0,2π]范圍內的統計獨立的白色序列組成，包含M×N個像素；

1.2)在第n輪中，執行向前傳播到圖像平面波，得到的復值波被描述為：

其中，FWP表示具有光波長λ和軸向距離z的自由空間波傳播；

1.3)將掩模圖案f_i(μ,ν)作為圖像平面上的振幅約束，對上述步驟1.2)復值波更新，表達式為：

其中，arg(.)用于提取參數的階段函數；

1.4)從圖像平面到純相位掩模平面實現波反向傳播，相應表達式為：

當迭代過程未停止時，只有傳播結果的相位部分被保留用于下一輪，下一輪中的相位函數的表達式為：

1.5)為了判斷迭代過程是否已經停止，估計輸出的幅度與期望的圖像f_i(μ,ν)之間的相關系數CC被計算為收斂標準，其被定義為：

其中，E[.]表示期望值運算符，省略了坐標；CC的閾值設定為無限趨近于1的實數值；

1.6)重復上述步驟1.2)-步驟1.5)，直到CC值達到預定閾值；迭代過程完成后，最后更新的結果視為所需的純相位掩碼

步驟2：物體的透射函數T(μ,ν)，I_i(μ,ν)＝|E_i(μ,ν)|²是散斑圖案，E_i(μ,ν)是純相位掩模的自由空間傳播場并且(μ,ν)表示物平面的橫向坐標；對于嵌入空間光調制器的每個純相位掩模通過使用菲涅耳衍射來進行，具體過程是：

假設物體的透射函數T(μ,ν)，I_i(μ,ν)＝|E_i(μ,ν)|²是散斑圖案，E_i(μ,ν)是純相位掩模的自由空間傳播場并且(μ,ν)表示物平面的橫向坐標；對于嵌入空間光調制器的每個純相位掩模通過使用菲涅耳衍射來進行，表達式為：

其中，*表示卷積計算，h(x,y,z)是菲涅耳傳播的點脈沖函數，定義為：

步驟3：由桶檢測器收集的強度分布與從已知的純相位掩模導出的上述散斑圖案互相關聯，具體過程是：

由桶檢測器收集的強度分布與從已知的純相位掩模導出的上述散斑圖案互相關聯；假設收集的強度分布的總數是N，則在數學上將重建的對象描述為：

其中，.是整體平均計算。