一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法技术

技术编号:14647863 阅读:92 留言:0更新日期:2017-02-16 04:52
本发明专利技术公开了一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法,属于光学信息安全领域。本发明专利技术首先将一幅秘密图像通过随机相位板的调制转化为一幅简单的二值图像,然后经随机振幅调制进行单像素探测,获得密文;密文与随机振幅模板进行关联运算即可重构二值图像,然后经随机相位调制获得秘密图像。该发明专利技术中关联成像重构的二值图像带有噪声,需要进行二值化处理并通过腐蚀和膨胀算法进行精确重构;系统中的随机相位板是通过相位恢复算法计算获取的,不同的秘密图像计算获得不同的随机相位板,所以本质上是一种“一次一密”加密系统,具有很高的安全性;另外,单像素探测可以减少密文的数据量,为其传输和存储带来便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学信息安全领域,特别涉及一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法
技术介绍
近年来,随着计算机和网络技术的迅速发展,数据的传输和交换已经成为人们日常生活的重要组成部分,如何加强这些信息的安全保障也由此成为社会关注的焦点。基于光学理论和方法的信息加密技术是近些年逐步发展起来的新一代信息安全处理技术,是光学信息处理研究中的一个热门领域。与传统的计算机密码技术相比,光学加密技术具有大容量、多维度及高速并行数据处理能力等优点。就目前而言,光学信息安全处理技术的研究主要集中在图像加密技术方面,其中应用最为广泛是结合光学傅里叶变换、分数傅里叶变换或者菲涅耳变换的双随机相位编码技术、全息技术以及光学干涉原理的图像编码方法。除此之外,Wang和Situ等相继提出了基于迭代相位恢复算法的双随机相位编码技术,该技术表面上看仍然是基于光信息处理中的4f系统实现的,但是与传统的双随机相位编码技术不同,该技术是将一幅待加密的图像通过相位恢复算法编码到两个相位板中,其加密运算通过数值计算方法实现,而解密运算可通过光学方法实现。其具体过程是:首先为两相位板任意赋一初始值,按照光的传播方向对输入光场作傅里叶变换计算,获得频谱面上的波前函数,然后以频谱面上的振幅作为约束条件替换该波前函数的振幅,而相位保持不变;接下来对新的波函数作逆傅里叶变换,得到输入平面上的波函数,而后再引入输入平面上的约束条件,即将振幅替换为原输入平面上的振幅,相位仍然保持不变。如此反复循环该过程,直至满足一定的收敛准则,迭代结束。这样,秘密图像即被加密为输入平面和频谱面上的相位分布。解密时,使用平行光照射该加密系统,即可在4f系统的输出平面上得到原图像。但是,由于该系统仍然为线性系统,已不能抵抗现有的各种攻击。另外,关联成像是近年来光学成像领域研究的前沿和热点之一,它解决了一些在传统成像方案中使用常规成像技术不能解决的问题。该成像技术在没有物体的参考光路中,能够获得物体的像。目前已有人将关联成像应用于图像加密,如利用计算关联成像,Pere等实现了单幅图像光学加密;Mehrdad等提出了对于灰度图像和彩色图像的加密方法;Chen等提出了利用光学法产生三维密钥对图像进行加密的方法。然而,由于关联成像的特点,解密图像不可避免存在噪声,尤其对于灰度图像解密极不清晰。因此,研究实用安全的图像加密技术,提高解密图像的质量,具有重要的学术和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法,增强系统的安全性,提高解密图像的清晰度,减少密文的数据量,为其传输和存储带来便利。本专利技术的目的是以下述方式实现的:一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法,(Ⅰ)加密步骤如下:a)利用相位恢复算法,通过计算机反复迭代计算,获取光学4f系统中的空域相位板Ⅰθ(x,y)和频域相位板使得待加密图像能够通过4f系统转换为一幅任选二值图像t(x,y)(我们称之为过渡图像);b)将待加密图像f(x,y)、空域相位板Ⅰ和频域相位板Ⅰ放入4f系统,同时在4f系统的输出平面上放置一振幅型空间光调制器,利用平行的相干光照射,同时通过计算机控制所述振幅型空间光调制器产生M个随机振幅模板Ar(x,y),r=1,2,…,M,对4f系统的输出光场进行随机振幅调制,然后经凸透镜会聚于单像素探测器,获得M个加密数据{Er本文档来自技高网
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一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法

【技术保护点】
一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法,其特征在于:(Ⅰ)加密步骤如下:利用相位恢复算法,通过计算机反复迭代计算,获取光学4f系统中的空域相位板Ⅰθ(x,y)和频域相位板Ⅰ使得待加密图像f(x,y)能够通过4f系统转换为一幅任选二值图像t(x,y);将待加密图像f(x,y)、空域相位板Ⅰ和频域相位板Ⅰ放入4f系统,同时在4f系统的输出平面上放置一振幅型空间光调制器,利用平行的相干光照射,同时通过计算机控制所述振幅型空间光调制器产生M个随机振幅模板Ar(x,y),r=1,2,…,M,对4f系统的输出光场进行随机振幅调制,然后经凸透镜会聚于单像素探测器,获得M个加密数据{Er},Er=∫∫Ar(x,y)t(x,y)dxdy;(Ⅱ)解密步骤如下:将M个加密数据{Er}与随机振幅模板{Ar(x,y)}进行关联运算获取重构过渡图像其中,<E>为{Er}的平均值;对重构过渡图像进行二值化处理,然后通过腐蚀与膨胀算法去除噪声,得到复原过渡图像t'(x,y);设置空域相位板Ⅱ为φ(x,y),其中φ(x,y)为加密时4f系统输出平面上产生的相位,频域相位板Ⅱ为将重构过渡图像t'(x,y)、空域相位板Ⅱ和频域相位板Ⅱ放入4f系统进行逆变换,通过光强探测器探测即可获得解密图像,其中,表示傅里叶变换,表示逆傅里叶变换,上标*表示共轭运算。...

【技术特征摘要】
1.一种基于相位恢复算法和计算关联成像的图像加解密方法,其特征在于:(Ⅰ)加密步骤如下:利用相位恢复算法,通过计算机反复迭代计算,获取光学4f系统中的空域相位板Ⅰθ(x,y)和频域相位板Ⅰ使得待加密图像f(x,y)能够通过4f系统转换为一幅任选二值图像t(x,y);将待加密图像f(x,y)、空域...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁胜刘雪梅杨阳蕊郑辉魏振卓
申请(专利权)人:华北水利水电大学
类型:发明
国别省市:河南;41

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