基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术制造技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术。基于视觉密码学加密技术，通过相位分布信息来隐藏加密产生的子图像，并使用二元光学的方法制作隐藏信息的相位型物体，最后使用振幅图像的方法来掩盖相位物体进一步隐蔽信息。使用光学衍射方法提取视觉密码学子图像，并通过光学元件耦合实现子图像叠加得到信息图，最后人眼视觉系统直接提取隐藏的信息。本发明专利技术基于视觉密码学加密，首先使用相位物体的相位信息分布隐藏信息，再使用振幅图像掩盖实现对相位物体的二次隐藏，具有极高的隐蔽性和安全性。同时光学、非对称式的信息提取方法简单、快捷，极具实用性。可适用于隐蔽性、安全性、操作便捷性要求高信息隐藏领域。 1

Asymmetric optical information hiding technology based on visual cryptography

The invention discloses an asymmetric optical information hiding technology based on visual cryptography. Based on the encryption technology of visual cryptography, the sub images generated by the phase distribution information are hidden, and the phase objects of the hidden information are made by using the two element optics method. At last, the method of amplitude image is used to cover the further hidden information of the phase object. The optical diffraction method is used to extract the visual cipher image, and the sub image is superposed by the optical element coupling to get the information map. Finally the human eye vision system directly extracts the hidden information. The invention is based on the encryption of visual cryptography. Firstly, the phase information distribution of phase objects is used to hide information, and then the amplitude image concealment is used to hide the two hidden phase objects. It has high concealment and security. At the same time, optical and asymmetric information extraction methods are simple, fast and practical. It can be applied to the field of information hiding, which is high in concealment, security and operation convenience. One

【技术实现步骤摘要】
基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术
本专利技术涉及一种光学实现的信息隐藏技术，具体涉及一个在视觉密码学基础上，使用相位物体隐藏信息和振幅图像掩盖相位信息，并通过光学衍射简便提取信息的非对称信息隐藏技术。
技术介绍
人眼视觉系统对相关性的识别能力和随机网格加密图像图形的能力为使用图像加密信息奠定了坚实的基础。此后，Moni.Naor和Adi.Shamir于1994年提出了视觉没密码学，并从数学角度论证了该方法的可行性和安全性，参见(Eurocrypt199(1)：1-12，1994)。视觉密码学以像素扩展的方法将携带信息的图像编码为多个马赛克式的伪随机图像，解密时只需要将足够数量的图像对准叠加，就可以通过人眼解密图像信息。视觉密码学方案加密安全性能好，解密操作简单，自提出以来受到广泛关注。然而，由于密钥是振幅型图像，其隐蔽性缺陷一直未能得到良好解决。人眼和光学成像系统之所以能够观察图像和检测信息，均是因为光强分布能够被系统所感知到，光强度分布构成的图像均为振幅图像，因此振幅图像是直接可见的。相位信息对光强度不可见的，相位物体的信息不能被裸眼和强度检测器件直接检测到，具有很高的隐蔽性，这种特性为信息的隐藏提供了很大的便利。相位恢复算法的发展极大地推动了相位物体的应用。G-S算法为物体相位信息的计算首开先河，通过多次迭代计算可以出振幅图像的相位分布，并通过衍射作用还原原始振幅图像，参见(Opt.35(2)：237-246，1972)。此外，J.R.Feinup等人提出的误差减小算法和混合输入输出算法为相位恢复算法在不同情境下的应用提供了便利，相位恢复计算的效率不断提高，也将其应用推广到更多的领域，参见(Appl.Opt.21(15)：2758-2769，1982)。传统信息隐藏技术主要采用信息图像嵌入宿主图像的方式，将信息植入到宿主图像中以宿主图像的信息掩膜隐藏信息来达到目的。这样的信息隐藏主要通过数字的方法来实现，在提取信息时，对应于隐藏过程，逆向操作即可完成，总体来看，隐藏于提取过程是对称的，这在一定程度上增加了应用的复杂性。图像信息作为光学作用的主要产物，光学的并行处理、效果直观等优势在传统信息隐藏中没有得到充分的发挥。更重要的是，相位信息的高隐蔽性的优势在实际中应用甚少。
技术实现思路
本专利技术的目的是充分结合高安全、易操作的视觉密码学和隐蔽性极高的相位物体相关技术，利用光学相关特性得到一种隐蔽性能好、信息提取简单快捷的光学式信息隐藏方法。本专利技术提出的方法主要利用相位物体所携带的相位信息具有强度不可见的特性来实现信息隐藏，并使用振幅图像来掩盖相位物体以进一步提高信息的隐蔽性。另外，所提方法中隐藏的前经过加密操作，充分保证安全性。本专利技术提出的信息隐藏方法使用视觉密码学与衍射光学相结合的方式实现。需要隐藏的信息首先经过视觉密码学的加密，提高信息安全性；然后使用相位恢复算法计算密文的相位信息，并将其加工为相位物体达到基本隐藏目的；最后将振幅图像覆盖到携带信息的相位物体上，进一步提高信息的隐蔽性，达到高度安全的隐藏信息的目的。通过本大明提出的信息隐藏方案，初步隐藏所产生的相位物体为一块外观与普通石英玻璃无差别的透明玻璃板，人眼和强度检测都不能察觉信息的存在。经过振幅图像再次覆盖后，由于光强度信息在相位物体上的突出表现，进一步提高了信息的隐蔽性。而在信息提取时，只要使用平面光波直接照射覆盖了振幅图像的相位物体，然后使用光学元件耦合衍射产生的图像，就可以通过人眼直接提取隐藏的信息。本专利技术是建立在视觉密码学技术初上，结合相位恢复算法和二元光学元件技术来完成的，具体可以通过以下技术措施来实现：(1)将待隐藏的信息(X)按照视觉密码学方法加密，通过像素扩展方式编码成N个加密子图像(A1，A2，...，An)，当其中K个子图叠加后可以通过人眼获取解密信息(X)(2)通过相位恢复算法，计算每个子图像(A1，A2，...，An)对应的相位分布，得到对应的纯相位分布图像(B1，B2，...，Bn)(3)将所有的相位分布图(B1，B2，...，Bn)中相位信息均匀台阶化，并将其相位值转换为二元衍射光学元件上对应的深度值，得到台阶式相位分布图(C1，C2，...，Cn)(4)使用二元衍射光学元件加工方法，根据台阶化的相位分布图(C1，C2，...，Cn)的深度信息，经过掩膜板设计、制作，然后根据掩膜板使用光刻技术加工出台阶化的二元衍射光学元件(D1，D2，...，Dn)(5)将振幅图像(E1，E2，...，En)打印到到透明片上，并将打印透明片分别以粘贴方式覆盖到二元衍射光学元件(D1，D2，...，Dn)上，得到相位和振幅结合的物体(F1，F2，...，Fn)，得到物体就是本专利技术所提出的隐藏信息的物体。(6)根据隐藏信息的物体数量设计并搭建提取信息的光路，平面光波经过扩束后分别照射到隐藏信息的物体(F1，F2，...，Fn)上，在其后使用傅里叶透镜将衍射后的光线成像到近场，傅里叶透镜后焦面上将得到对应于振幅子图像(A1，A2，...，An)的衍射图像(G1，G2，...，Gn)(7)使用光学元件对衍射光束进行耦合，实现对衍射恢复的子图像(G1，G2，...，Gn)的叠加效果，调节耦合元件对准后，得到携带信息(X)的图像，最后通过人眼即可提取信息(X)。在实际操作过程中，步骤(6)中所提及的傅里叶透镜可以选择不使用，衍射后的光线直接成像到远场，通过光学元件耦合光束以后同样可以实现信息的提取。本专利技术与现有的信息隐藏技术相比，具有以下优势：(1)本专利技术使用相位物体和相位信息来隐藏原始信息，相位信息的强度不可见性提供了极高隐蔽性，信息隐藏的隐蔽性和安全性大大提高。(2)本专利技术使用振幅图像和相位物体相结合的方法实现两次隐藏，相位物体隐藏信息后再使用振幅信息隐藏相位信息，进一步提高了信息隐藏的安全性，同时振幅图像的形式使得该方法在应用中更加方便。(3)本专利技术隐藏信息的方式在隐藏信息时，先对信息进行加密操作而不是直接进行隐藏，进一步提高隐藏安全性，减小信息泄密的可能，应用更加安全(4)本专利技术是一种非对称式的信息隐藏方法，信息的隐藏过程复杂，保证了隐藏的高度安全性；而信息提取过程非常简单、快捷，实际应用中更方便。(5)本专利技术充分利用光学处理的相关过程和现象，提取信息的过程直观。同时多种光学技术的结合使安全性能进一步增强。本专利技术所公开的基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术，可适用于对安全性能要求高，信息提取方法操作简单快捷的信息隐藏领域。附图说明图1是本专利技术提出的基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术中用于对隐藏了信息的相位物体通过光学方法提取隐藏信息的光路结构图。其中1、2：波长632nm红色激光器；3、4光束衰减器；5、6：准直扩束系统；7、8：隐藏信息的物体；9、10：傅里叶透镜；11：反射镜；12分光棱镜；13：光滑白屏。图2a是将待隐藏信息“OK”的图像按照“(2，2)视觉密码方案”通过像素扩展加密编码得到的第一幅子图像。((2，2)即有两个子图产生，两个叠加时可解密)图2b是将待隐藏信息“OK”的图像按照“(2，2)视觉密码方案”通过像素扩展加密编码得到的第二幅子图像。((2，2)即有两个子图产生，两个叠加时可解密)图3是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术，其具体过程包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术，其具体过程包括以下步骤：第一步：将待隐藏的信息图像化，按照视觉密码学加密方法，通过像素扩展方式加密编码为若干携带信息的子图；第二步：根据相位恢复算法计算各子图对应的相位分布信息，将相位分布图台阶化，并通过二元光学元件的加工方法将信息隐藏到相位信息中。第三步：将振幅图像打印在透明片上，然后分别贴合到隐藏信息的相位物体上，以振幅图像掩盖相位物体，最后即可得到隐藏了信息的物体；第四步：搭建信息提取光路，使用光学衍射方法提取子图像，并通过光学元件耦合实现提取子图的叠加，最后通过人眼观察直接提取信息。2.如权利要求1中所使用的基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术，其特征在于，使用光强度不可见的相位信息和相位物体隐藏信息，信息隐藏的隐蔽性和安全性很高。3.如权利要求1中所使用的基于视觉密码学的非对称光学信息隐藏技术，其特征在于，使用振幅图像掩盖隐藏了信息的相位物体，实现对信息的二次隐...

【专利技术属性】
技术研发人员：史祎诗，杨秀波，王雅丽，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11