一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学信息处理及光学图像加密的交叉领域；基于生物组织光散射特性的光学加密技术，使得密文的自相关函数和明文的自相关函数近似相等，加密系统易受到利用相位恢复算法的全密文攻击，安全性受到极大的威胁；本发明专利技术提供一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置及方法，动态散射介质2作为随机相位掩膜置于投影输入装置和面阵光电探测器之间构成光学加密装置形成一个加密系统，利用动态散射介质的不相关特性记录密钥，能够有效抵御系统全密文攻击，通过生物组织结合新型光学加密方法，安全系数高，用算法实现加密解密，更加灵活，本发明专利技术可广泛应用于视频图像的加密处理，加密解密效率高。加密解密效率高。加密解密效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学信息处理及光学图像加密的交叉领域，更具体的说，涉及一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置及方法。

技术介绍

[0002]光学加密技术是基于光学理论和方法的信息加密技术，由于其具有信息容量大、安全性极强、加密效率较高等优点受到了广泛的关注和研究。而基于生物组织独特光散射特性的光学加密技术是在光学记忆效应范围内进行的，这使得密文的自相关函数和明文的自相关函数近似相等，因此将导致该类加密系统易受到利用相位恢复算法的全密文攻击，使得系统的安全性受到极大的威胁。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置及方法，该专利技术充分利用动态散射介质的不相关特性记录了不同密钥，以增加安全性，加密解密效率高，应用范围更广泛。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置，包括投影输入装置、动态散射介质和面阵光电探测器，以及用于生成明文和完成密文算法处理的微处理器，动态散射介质置于投影输入装置和面阵光电探测器之间，投影输入装置和面阵光电探测器的信号均连接微处理器。进一步，动态散射介质与投影输入装置的距离大于动态散射介质与面阵光电探测器的距离。一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密方法，基于上述的光学加密装置，将动态散射介质作为随机相位掩膜置于投影输入装置和面阵光电探测器之间形成一个加密系统，把待加密的明文P输入加密系统，经过动态散射介质的散射效应转换成类噪声的散斑图案，完成加密操作，具体包括如下步骤：步骤1.获取密钥：用投影输入装置在输入平面中心投影一个点光源，经动态散射介质后通过面阵光电探测器记录此时加密系统输出平面形成的散斑图案即为此时加密系统的所用的动态散射介质的密钥；动态散射介质发生动态变化对应记录一次密钥，密钥进行去相关特性操作，以保证密钥之间都没有相关性；步骤2.加密：通过步骤1所获取的密钥，利用卷积算法对待加密的明文进行卷积加密，获取密文；步骤3.解密：对步骤2所获取的密文进行去卷积运算，获取明文。进一步，步骤1中密钥进行去相关特性操作，具体采用以下方式：方式1.使用不同生物组织作为动态散射介质记录密钥，不同生物组织之间密钥的互相关运算通过如下公式计算：
其中，为第一样本组织密钥，为第二样本组织密钥，
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代表互相关运算，δ表示脉冲函数，S1为第一样本组织，S2为第二样本组织；方式2.使用同一生物组织的不同切片作为动态散射介质记录密钥，不同切片之间密钥的互相关运算通过如下公式计算：其中，为第一切片样本组织密钥，为第二切片样本组织密钥，Sk1为第一切片样本组织，Sk2为第二切片样本组织；方式3.使用同一生物组织同一切片作为动态散射介质，切片随时间变化，不同时刻对应记录不同密钥，不同时刻密钥的互相关运算通过如下公式计算：其中，表示同一组织同一切片T1时刻下的密钥，表示同一组织同一切片T2时刻下的密钥，ST1表示同一组织同一切片的T1时刻，ST2表示同一组织同一切片的T2时刻。进一步，步骤2中卷积加密计算公式如下：I＝O*PSF
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(4)其中，I为明文发出的光透过动态散射介质在输出平面上生成的散斑，O为明文的强度函数，PSF为动态散射介质的密钥，*表示卷积运算。进一步，卷积加密具体采用如下加密方法：加密方法1.完整的明文与步骤1中的密钥进行卷积加密后形成散斑密文，完成加密操作；加密方法2.将明文进行空间二维随机不充分全采样后得到部分明文P
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，再将所有部分明文与步骤1中的密钥进行卷积加密后形成多个散斑密文，完成加密操作。进一步，步骤3中解密去卷积运算具体采用如下解密方法：解密方法1.完整密文与对应的密钥进行去卷积运算，得到加密前的完整明文，完成解密；解密方法2.所有散斑密文与对应的密钥进行去卷积运算，得到所有部分明文，对所有部分明文进行叠加获得完整明文，完成解密。综上所述，专利技术具有以下有益效果：本专利技术充分利用动态散射介质的不相关特性，采用基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置及方法，具有以下优点：1.本专利技术的加密装置简单，因此对加密系统的对准要求较低，便于安装和对准光路；2.本专利技术能够有效抵御系统全密文攻击，通过生物组织结合新型光学加密方法，
安全系数高；3.采用事先记录的物理随机不相关的点扩散函数与明文卷积，实现信息的加密，保证加密的简单便捷；4.能够用算法实现加密解密，更加灵活，应用范围更广泛；5.加密解密效率高。
附图说明
图1为本专利技术的装置示意图；图2为基于不同生物组织下的加密解密过程；图3基于葱皮组织不同切片下的加密解密过程；图4基于不同散斑下全密文攻击的图像；图5基于葱皮组织部分明文加密解密过程。图中：1、投影输入装置 2、动态散射介质 3、面阵光电探测器 4、微处理器。图2(a)葱皮组织密钥图2(b)葱皮组织密文，图2(c)葱皮组织解密图像，图2(d)鸡肉组织密钥图2(e)鸡肉组织密文，图2(f)鸡肉组织解密图像。图3(a)第一切片组织密钥图3(b)第一切片组织密文，图3(c)第一切片组织解密图像，图3(d)第二切片组织密钥图3(e)第二切片组织密文，图3(f)第二切片组织解密图像。图4(a)对图2(b)葱皮组织密文进行全密文攻击的图像，图4(b)对图2(e)鸡肉组织密文进行全密文攻击的图像，图4(c)对图3(b)葱皮第一切片组织密文进行全密文攻击的图像，图4(d)对图3(e)葱皮第二切片组织密文进行全密文攻击的图像。图5(a)原始明文，图5(b)T1时刻下(c)T2时刻下图5(e)～(i)葱皮样本随机采样下的部分明文，图5(g)～(n)葱皮样本加密获得的相应密文，图5(o)～(s)葱皮样本解密获得的部分明文，图5(d)所有部分明文叠加获得的明文。
具体实施方式
下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1～5所示，本专利技术公开了一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置，包括投影输入装置1、动态散射介质2和面阵光电探测器3，以及用于生成明文和完成密文算法处理的微处理器4，动态散射介质2置于投影输入装置1和面阵光电探测器3之间，信号自投影输入装置1经过动态散射介质2至面阵光电探测器3单向传输，动态散射介质2与投影输入装置1的距离大于动态散射介质2与面阵光电探测器3的距离，图1所示实施例中，投影输入装置1与动态散射介质2的距离为125mm，面阵光电探测器3与动态散射介质2的距离为100mm，投影输入装置1和面阵光电探测器3的信号均连接微处理器4，微处理器4生成待加密的明文，通过投影输入装置1把明文投到动态散射介质2进行加密，密文利用光电探测器3接收，传回微处理器4进行后续算法处理。投影输入装置1可选用以DMD、LEDarray、或LC
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CMOS等为核心部件来实现投影输入
功能，动态散射介质2可选自然动态散射介质，也可人为平移或旋转静态散射介质使其产生人工的动态变化，面阵光电探测器3可选用CCD或SCMOS等。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置，其特征在于：包括投影输入装置(1)、动态散射介质(2)和面阵光电探测器(3)，以及用于生成明文和完成密文算法处理的微处理器(4)，所述动态散射介质(2)置于投影输入装置(1)和面阵光电探测器(3)之间，投影输入装置(1)和面阵光电探测器(3)的信号均连接微处理器(4)。2.根据权利要求1所述的基于生物组织独特光散射特性的光学加密装置，其特征在于：所述动态散射介质(2)与投影输入装置(1)的距离大于动态散射介质(2)与面阵光电探测器(3)的距离。3.一种基于生物组织独特光散射特性的光学加密方法，基于权利要求1所述的光学加密装置，其特征在于：将动态散射介质作为随机相位掩膜置于投影输入装置(1)和面阵光电探测器(3)之间形成一个加密系统，把待加密的明文P输入加密系统，经过动态散射介质的散射效应转换成类噪声的散斑图案，完成加密操作，具体包括如下步骤：步骤1.获取密钥：用投影输入装置(1)在输入平面中心投影一个点光源，经动态散射介质(2)后通过面阵光电探测器(3)记录此时加密系统输出平面形成的散斑图案即为此时加密系统的所用的动态散射介质的密钥；动态散射介质(2)发生动态变化对应记录一次密钥，密钥进行去相关特性操作，以保证密钥之间都没有相关性；步骤2.加密：通过步骤1所获取的密钥，利用卷积算法对待加密的明文进行卷积加密，获取密文；步骤3.解密：对步骤2所获取的密文进行去卷积运算，获取明文。4.根据权利要求3所述的基于生物组织独特光散射特性的光学加密方法，其特征在于：所述步骤1中密钥进行去相关特性操作，具体采用以下方式：方式1.使用不同生物组织作为动态散射介质记录密钥，不同生物组织之间密钥的互相关运算通过如下公式计算：其中，为第一样本组织密钥，为第二样本组织密钥，
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【专利技术属性】
技术研发人员：王东，张腾，韩青，赵文静，翟爱平，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：