[發明專利]一種彩色圖像光學加密方法

有效

• 申請號: 202110597430.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113486365B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 吳軍;王剛;沈伊人
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06N7/08
• 代理公司: 桂林文必達專利代理事務所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 張學平

1.一種彩色圖像光學加密方法，其特征在于，加密過程包括以下步驟：

獲取待加密圖像RGB通道分量并疊加隨機相位噪聲，然后將三通道分量分別進行菲涅爾衍射計算，與參考光干涉后疊加得到對應灰度實值全息圖，包括：

首先提取RGB通道分量作為三個灰度圖像并分別放置于輸入面，然后疊加隨機相位噪聲ψ使初始場振幅正比于圖像灰度，再經距離分別為Z_R、Z_G、Z_B的菲涅耳衍射到達輸出面，最后在輸出面上分別與入射角為θ_R、θ_G、θ_B，波長為λ的參考光進行干涉，整個過程可表示為：

O'_R(u,v)＝FrT[O_R(x,y)ψ(x,y),Z_R,λ]+R_R(u,v)

O'_G(u,v)＝FrT[O_G(x,y)ψ(x,y),Z_G,λ]+R_G(u,v)

O'_B(u,v)＝FrT[O_B(x,y)ψ(x,y),Z_B,λ]+R_B(u,v)

其中，FrT[·,Z,λ]表示距離為Z、波長為λ的菲涅爾衍射；O_R(x,y)，O_G(x,y)和O_B(x,y)為彩色圖像三通道分量；ψ(x,y)為隨機相位噪聲；R_R(u,v)，R_G(u,v)和R_B(u,v)表示入射角分別為θ_R、θ_G、θ_B，波長為λ的參考光復振幅；O’_R(u,v)，O’_G(u,v)和O’_B(u,v)為彩色圖像三通道分量調制后的干涉復振幅，輸出面上疊加后的全息圖強度分布為：

E＝E_R+E_G+E_B

E_R＝O'_R(u,v)×O'_R^*(u,v),E_G＝O'_G(u,v)×O'_G^*(u,v),E_B＝O'_B(u,v)×O'_B^*(u,v)

其中，O’_R(u,v)表示O’(u,v)的共軛光，E為待加密彩色圖像經菲涅耳衍射后生成的振幅型計算全息圖，R通道分量再現像與G通道分量再現像中心y坐標相同，x坐標間隔大于再現像寬度；R通道分量再現像與B通道分量再現像中心x坐標相同，y坐標間隔大于再現像高度；

給定任一RGB通道分量再現像中心坐標(x₀,y₀)、參考光波長λ及再現距離z₀時，該通道分量再現像在重建像面上的位置計算如下：

設全息面像素數為M₁×N₁，像素物理寬度為p_ix(mm)，重建放大率為1，參考光波長為λ，則重建像面大小L_1x、L_1y分別為：

設彩色明文圖像大小為M₀×N₀像素，則重建像平面上的再現圖像長L_0x、寬L_0y分別為：

故重建像面上任一RGB通道分量再現像橫向范圍為：縱向范圍為：其中，p_ix、L_1x、L_1y、L_0x、L_0y，單位均為mm；

令RGB通道分量再現像中心坐標分別為(x_R,y_R)，(x_G,y_G)和(x_B,y_B)，再現像大小為L_0x×L_0y，物平面第一象限大小為根據重建像面上的RGB通道分量再現像位置設置，各通道分量再現像中心坐標、幅面大小及重建像面范圍應滿足以下約束條件：

R通道與G通道再現像中心x坐標距離D_RG：D_RG＝x_G-x_R＞L_0x；

R通道與B通道再現像中心y坐標距離D_RB：D_RB＝y_B-y_R＞L_0y；

RGB通道分量再現像均位于重建像面第一象限，且有：

2x_G+L_0x＜L_1x，2y_B+L_0y＜L_1y；2x_R＞L_0x，2y_R＞L_0y；

根據以上再現像坐標范圍自動從重建像面的提取RGB通道分量；

基于改造的Logistic混沌映射及其密鑰參數生成隨機序列，對所述灰度實值全息圖的像素值進行兩輪加密，包括：

將Logistic混沌映射迭代多次，并舍棄多次迭代值后再開始記錄，并基于設定的改造規則對所述Logistic混沌映射進行改造，處理后得到[0,255]范圍內的隨機序列R_seq；

R_seq[i]＝mod((X[i]-floor(X[i]))×10000,256)

其中，R_seq[i]表示改造得到的隨機序列，X[i]表示由一維Logistic混沌映射直接生成的隨機序列；

對第一次迭代加密，利用所述隨機序列中的第二位密鑰值對所述灰度實值全息圖中的第一個像素值進行加密，對下一次迭代加密，則利用與當前迭代次數相同位數下的密鑰值對當前次數對應的所述像素值進行加密，直至所有像素值加密完成，完成第一輪加密，得到中間圖像；

基于當前迭代次數，利用當前迭代次數對應的相同位數下的所述密鑰值對對應的所述像素值進行加密，直至所有的所述像素值加密完成，完成第二輪加密，得到加密圖像。

2.如權利要求1所述的彩色圖像光學加密方法，其特征在于，所述彩色圖像光學加密方法還包括解密過程，包括以下步驟：

利用密鑰參數與改造的Logistic混沌映射生成隨機序列，基于逆序的形式對加密圖像進行兩輪解密過程；

使用與加密過程相同波長的光源照射解密得到的計算全息圖，利用相應的衍射距離密鑰和入射角密鑰依次對RGB通道分量進行全息圖再現；

對各通道分量再現像亮度進行歸一化處理，并線性放大至[0,255]范圍再進行彩色合成，完成解密過程。