[發明專利]基于沃爾什變換和計算鬼成像的多圖像加密和解密方法

有效

• 申請號: 202110230376.1
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112989371B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 汪小剛;朱昂昂
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 杭州萬合知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33294
• 代理人: 丁海華;萬珠明

本發明公開了一種基于沃爾什變換和計算鬼成像的多圖像加密和解密方法，包括加密：通過對多幅明文圖像進行沃爾什?哈達瑪壓縮變換，選擇一些有效像素進行Arnold置亂變換，然后使用的物面光強，依次載入計算鬼成像光路中并將目標圖像加密成密文序列；二是解密：在解密過程中，具有正確密鑰集通過測量密鑰恢復、壓縮算法重建、逆Arnold變換和逆沃爾什?哈達瑪變換成功地解密出對應的明文圖像。本發明提出的圖像加密方法具有加密運算簡單、解密效率高和安全性高的優點。

技術領域

本發明涉及信息安全技術領域，具體涉及一種基于沃爾什變換和計算鬼成像的多圖像加密和解密方法。

背景技術

近年來，信息技術的發展給人們帶來了極大的便利，但與此同時，信息安全也給我們帶來了嚴峻的挑戰。一些用于信息安全的光學方法，例如光學圖像加密、圖像隱藏和身份驗證等受到越來越多的關注。其中，基于4f系統的光學雙隨機相位編碼技術的應用較為廣泛。不過雙隨機相位編碼技術在加密過程中需要同時記錄信息的振幅和相位，加密效率和解密效率都不高。

鬼成像是一種基于分離但相關的光場之間相互關聯的新型成像技術。傳統的鬼成像通常使用大量的隨機斑點圖像進行照明和圖像重建，成像質量通常與隨機斑點的數量成正比。由于其物理優勢，鬼成像已被用于圖像加密，它使用一個沒有空間分辨率的桶探測器記錄一系列密文序列。2010年，Clemente和Durán利用計算鬼成像算法將圖像信息加密到桶探測器中，使用經典的鬼成像關聯算法完成解密。

目前基于鬼成像的加密方法大都采用大量的隨機相位作為密鑰將圖像加密，解密時則采用光學手段。由于這些方法需要對大量隨機相位進行保存、傳輸等處理，測量次數和數據都十分巨大，因此其實際應用仍受到很大限制。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于沃爾什變換和計算鬼成像的多圖像加密和解密方法。本發明能夠有效進行多圖像加密，具有加密運算簡單、解密效率高和安全性高的優點。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下：基于沃爾什變換和計算鬼成像的多圖像加密和解密方法，其特征在于：包括加密步驟：

S1、對多圖像進行沃爾什-哈達瑪變換得到壓縮后的稀疏圖像，提取所有稀疏圖像中能量集中部分的像素組成像素集，按照回字形的索引序列將像素集重組得到重組圖像；

S2、對重組圖像進行取符號操作后得到包含各像素的符號矩陣，再對符號矩陣進行常數分解，獲得一組振幅板對，將振幅板對進行菲涅耳衍射生成物面光強；

S3、對重組圖像進行取絕對值操作，得到包含各個像素絕對值的矩陣，再對絕對值矩陣做一次Arnold置亂變換得到目標圖像；

S4、將目標圖像作為計算鬼成像系統的輸入圖像，利用物面光強分別投射目標圖像得到強度對，計算強度對之間的差值后得到一個強度值，組合所有的強度值構成密文序列，完成加密；

解密步驟：

將物面光強重新排列成相應的行向量對，計算行向量對之間的差值獲得行向量，行向量按照序號自上至下依次排列組成測量矩陣，并和密文序列執行壓縮感知重建算法來恢復目標圖像，最后使用逆 Arnold變換并按照回字形像素索引序列還原圖像，完成解密。

上述的基于沃爾什變換和計算鬼成像的多圖像加密和解密方法，所述步驟S2中振幅板對的獲得的公式如下：

式中：P_W⁺和P_W^-分別是兩個僅由0和1組成振幅板對；IWHT[]代表沃爾什-哈達瑪逆變換，(m,n),(x₀,y₀)分別表示沃爾什-哈達瑪逆變換前后的空域坐標，δ_W(m,n)為二維沖激函數，