[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

本發明公開了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，步驟包括：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；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；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。本發明的方法簡便易行，準確率高。

技術領域

本發明屬于圖像安全技術領域，涉及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。

背景技術

鬼成像被稱為相關光子成像，是一種有趣的光學成像技術，允許通過使用強度相關來重建物體。到目前為止，已經開發了大量的鬼成像新結構和新算法?；陔p隨機相位編碼的著名圖像加密結構，由于其高速并行處理和多維能力，眾多光學技術已廣泛應用于信息安全領域?？梢园l現在鬼成像過程中存在兩個主要缺點。首先，需要進一步改善由單像素桶檢測器收集的測量強度的重建圖像的質量。因為嵌入到物體光束路徑中的空間光調制器中的隨機相位掩模包含重疊信息，所以這些掩模的數量將是巨大的以獲得具有高質量的重建圖像。其次，當大量純相位掩模被認為是秘密密鑰時，在存儲和傳輸方面非常不方便。

發明內容

本發明的目的是提供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，可以大大減少測量強度的數量，增強系統安全性。

本發明所采用的技術方案是，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，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；

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；

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。

本發明的有益效果是：1)相位檢索過程具有高收斂速度，在成像過程中，任何兩個純相位掩模之間不應存在強相關性。2)除純相位掩模外，波長和軸距離等一些參數通常被認為是光學圖像加密方案中的秘密密鑰。當正確應用所有秘密密鑰時，能獲得滿意的重建圖像且密文不容易被破解。3)減少純相位掩模的數量，便于存儲和傳輸密鑰。4)如果不需要在視覺上觀察原始圖像，則可以使用非常少量的測量強度來使用非線性相關算法驗證其存在。5)可以有效地加密灰度圖像。

附圖說明

圖1是本發明采用的計算鬼成像加密系統的實驗裝置結構示意圖；

圖2是本發明中的純相位掩模迭代過程的流程圖；

圖3a是本發明從一行階數為2^k的Hadamard矩陣生成的典型模式圖，圖3b是相應的純相位掩模，圖3c是迭代次數和CC之間的關系曲線圖，圖3d是第一個掩模與其他掩模之間的相關性圖；

圖4a是原始二進制圖像，圖4b是密文分布圖，圖4c是二階相關算法的重建圖像，圖4d是相應的優化結果；

圖5a、圖5b、圖5c分別是純相位掩模收集40％、60％、80％測量強度時的重建圖像；

圖6a是當使用3.0％的純相位掩模時的重建圖像，圖6b是相應的非線性相關圖；