[發(fā)明專利]基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)的光學(xué)圖像加密方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110769310.X
• 申請(qǐng)日: 2021-07-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113704774B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于雪蓮;陳昊;孫彥乾;王康維;馬滿滿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F21/60
• 分類號(hào): G06F21/60
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)的光學(xué)圖像加密方法，屬于信息安全和數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。采用相干光照明的光學(xué)圖像加密方式，都會(huì)存在實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，以及對(duì)相干偽噪聲很敏感。此外，其中一些系統(tǒng)涉及復(fù)值圖像的記錄和轉(zhuǎn)換，這增加了光學(xué)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。本發(fā)明基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的加解密過(guò)程，編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)采用非相干光照明，使用四個(gè)不同的編碼相位掩膜構(gòu)建點(diǎn)擴(kuò)散全息圖增強(qiáng)圖像的重建效果。在加密時(shí)采用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)增加加密速度。相比于其他非相干光照明的光學(xué)圖像加密方式，本方法具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，重建質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)的光學(xué)圖像加密方法，屬于信息安全和數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在過(guò)去的二十年里，光學(xué)圖像加密技術(shù)由于其固有的多參數(shù)利用和并行運(yùn)算的能力，成為一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。自Refregier和Javidi提出雙隨機(jī)相位加密技術(shù)以來(lái)，人們一直致力于尋找利用光學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的新型加密方法，如相位恢復(fù)迭代算法、衍射成像、基于干擾的加密方法和數(shù)字全息編碼。這些方法也被推廣到菲涅耳變換、分?jǐn)?shù)傅里葉變換和旋回變換域。然而，盡管這些方案具有較高的效率和安全性，但由于它們使用的是相干照明，因此許多方案存在裝置對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，以及對(duì)相干偽噪聲很敏感。此外，其中一些系統(tǒng)涉及復(fù)值圖像(密文和掩碼)的記錄和轉(zhuǎn)換，這增加了光學(xué)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。由于空間非相干照明，成像系統(tǒng)可以看作是點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)與輸入強(qiáng)度之間的卷積運(yùn)算，避免了復(fù)雜的操作和復(fù)值信號(hào)的記錄。本發(fā)明提出的基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)的光學(xué)圖像加密方法是基于非相干光的光學(xué)圖像加密，主要密鑰為點(diǎn)擴(kuò)散全息圖(Point spread hologram，PSH)，增加了加密系統(tǒng)的加密質(zhì)量，具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，重建質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出了一種新的基于非相干光的光學(xué)圖像加密方法,是基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)的光學(xué)圖像加密方法,該方法解決了之前基于非相干光的圖像加密系統(tǒng)密鑰空間小的缺點(diǎn),提高了基于非相干光的光學(xué)圖像加密方法的安全性,并且本方法適用于加密各種灰度圖像。

基于編碼孔徑相關(guān)全息術(shù)的光學(xué)圖像加密方法的系統(tǒng)包括非相干光源、編碼相位掩膜(Coded phase mask,CPM)、空間光調(diào)制器(Spatial light modulator,SLM)、圖像傳感器以及透鏡，透鏡起準(zhǔn)直擴(kuò)束的作用。上面描述的所述CPM是通過(guò)Gerchberg-Saxton(GS)算法計(jì)算得到。非相干光從光源發(fā)射，在空間中衍射至所述CPM，被所述CPM調(diào)制后，再衍射至所述圖像傳感器。本方法包括如下步驟：步驟1，選擇光源中心波長(zhǎng)λ，圖像到所述CPM的距離z_c以及所述CPM到圖像傳感器的距離z_s；通過(guò)所述GS算法生成n個(gè)不同的所述CPM，定義第k幅編碼相位掩膜為CPM_k；步驟2，通過(guò)所述GS算法生成的n個(gè)不同所述CPM，構(gòu)建點(diǎn)擴(kuò)散全息圖(Point spread hologram，所述PSH)；步驟3，加密圖像；步驟4，解密圖像。

步驟1：

選擇光源中心波長(zhǎng)λ，設(shè)置圖像到所述CPM的距離z_c，所述CPM到所述圖像傳感器的距離z_s。

步驟2：

通過(guò)所述GS算法生成n幅不同的所述CPM，構(gòu)建點(diǎn)光源，所述點(diǎn)光源出射光衍射至所述CPM所在平面，透過(guò)所述CPM后，衍射至距離所述CPM為z_s的所述圖像傳感器。所述圖像傳感器記錄強(qiáng)度分布O_k(r)(k＝1,2,3…,n)，其中r＝(x,y)。所述PSH由n幅所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)合成，由n幅所述虛擬點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)合成的所述PSH為H_enp(r)。

步驟3：

將目標(biāo)圖像與所述PSH進(jìn)行卷積運(yùn)算，完成圖像加密過(guò)程，所述目標(biāo)圖像表示為I_obj(r)，加密后圖像表示為I_enp(r)。