一种彩色图像光学加密方法技术

本发明专利技术涉及图像处理技术领域，公开了一种彩色图像光学加密方法，整体可视为两次加密操作：首次加密操作利用菲涅尔衍射将彩色图像RGB通道分量转换成一幅实值计算全息图以实现明文图像像素信息的隐藏，并通过综合设置衍射距离、参考光方向参数以调整各通道分量再现像位置来克服RGB通道分量间的信息串扰，从而确保解密过程能准确恢复出每个通道色彩分量；第二次加密操作是利用改造的Logistic混沌系统对计算全息图像素进行置换与扩散，获得一幅无意义的白噪声图像作为最终的密文图像，该次加密操作借助于混沌系统特性及扩散机理增强密文对明文变化的敏感性、增强了密文对统计攻击与唯密文攻击的抵御能力，进一步提升系统安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种彩色图像光学加密方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种彩色图像光学加密方法。

技术介绍

[0002]现有彩色图像加密方法可概略分为两类：多通道加密和单通道加密。多通道加密主要基于彩色三基色原理，将RGB通道视为三个子灰度图像并在加、解密过程中对每个通道分量单独处理，该类方法不足之处在于其加(解)密系统实现成本比较高，其密钥存储空间随相位掩模数量增加而增大，不便于密钥存储、分发及实际应用；此外，通道间加解密过程的相互独立虽然增大了密钥空间(只要一条通道上的解密密钥未知就无法获得正确明文信息)，但RGB通道间因强烈光谱联系而具有的较高相关性形成潜在的安全攻击“漏洞”，同时密钥数量增多也增大了泄密的可能性。
[0003]与多通道加密过程不同，单通道加密是对不同方式耦合的RGB通道整体实施加解密处理，关键在于如何确保RGB通道耦合时信息不发生串扰并在解密后能分解得到无损的彩色明文图像。总体上，相比多通道加密算法，单通道加密可避免彩色图像在变换过程中的色彩信息损失，并能防止利用RGB通道相关性进行安全攻击；此外，对RGB通道耦合后的实值矩阵进行整体处理也有利于降低加密系统复杂性并具有较快的加解密速度。
[0004]混沌密码学和光学信息安全技术都是目前图像加密领域的重点研究方向，两者各具优缺点，结合两者构造性能更优的图像加密算法极具吸引力，明文、密文之间的直接关系，使得明文单个像素值能扩散到整个密文，能够通过明文、密文对反推密钥及中间值，降低安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种彩色图像光学加密方法，提高安全性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种彩色图像光学加密方法，加密过程包括以下步骤：
[0007]获取待加密图像RGB通道分量并叠加随机相位噪声，然后将三通道分量分别进行菲涅尔衍射计算，与参考光干涉后叠加得到对应灰度实值全息图；
[0008]基于改造的Logistic混沌映射及其密钥参数生成随机序列，对所述灰度实值全息图的像素值进行两轮加密。
[0009]其中，所述方法还包括：
[0010]构建全息面、重建像面所在空间坐标系，其中，z轴垂直于全息面、重建像面，利用设定波长的平面波垂直照射计算所述灰度实值全息图，则在三个不同距离下分别获得RGB三通道分量的再现像，由全息面坐标原点指向重建像中心坐标的方向即为与任一通道分量菲涅耳衍射发生干涉的参考光方向。
[0011]其中，所述方法还包括：
[0012]RGB通道分量再现像规则分布且均落在重建像面上的第一象限内，其中：R通道分
量再现像与G通道分量再现像中心y坐标相同，x坐标间隔大于再现像宽度；R通道分量再现像与B通道分量再现像中心x坐标相同，y坐标间隔大于再现像高度。
[0013]其中，基于改造的Logistic混沌映射及其密钥参数生成随机序列，对所述灰度实值全息图的像素值进行两轮加密，包括：
[0014]将Logistic混沌映射迭代多次，并舍弃多次迭代值后再开始记录，并基于设定的改造规则对所述Logistic混沌映射进行改造，处理后得到[0,255]范围内的随机序列；
[0015]基于当前迭代次数，利用随机序列对对应的密钥值对所述灰度实值全息图进行两轮加密，得到加密图像。
[0016]其中，基于当前迭代次数，利用随机序列对对应的密钥值对所述灰度实值全息图进行两轮加密，得到加密图像，包括：
[0017]对第一次迭代加密，利用所述随机序列中的第二位密钥值对所述灰度实值全息图中的第一个像素值进行加密，对下一次迭代加密，则利用与当前迭代次数相同位数下的密钥值对当前次数对应的所述像素值进行加密，直至所有像素值加密完成，完成第一轮加密，得到中间图像；
[0018]基于当前迭代次数，利用当前迭代次数对应的相同位数下的所述密钥值对对应的所述像素值进行加密，直至所有的所述像素值加密完成，完成第二轮加密，得到加密图像。
[0019]其中，所述彩色图像光学加密方法还包括解密过程，包括以下步骤：
[0020]利用密钥参数与改造的Logistic混沌映射生成随机序列，基于逆序的形式对加密图像进行两轮解密过程；
[0021]使用与加密过程相同波长的光源照射解密得到的计算全息图，利用相应的衍射距离密钥和入射角密钥依次对RGB通道分量进行全息图再现；
[0022]对各通道分量再现像亮度进行归一化处理，并线性放大至[0,255]范围再进行彩色合成，完成解密过程。
[0023]本专利技术的一种彩色图像光学加密方法，整体可视为两次加密操作：首次加密操作利用菲涅尔衍射将彩色图像RGB通道分量转换成一幅实值计算全息图以实现明文图像像素信息的隐藏，并通过综合设置衍射距离、参考光方向参数及各通道分量再现像位置来克服RGB通道分量间的信息串扰，实现RGB三通道的空域重叠与频域分离，从而确保解密过程能准确恢复出每个通道色彩分量；第二次加密操作是利用改造的Logistic混沌系统对计算全息图像素进行置换与扩散，获得一幅无意义的白噪声图像作为最终的密文图像，该次加密操作借助于混沌系统特性及扩散机理增强密文对明文变化的敏感性、增强了密文对统计攻击与唯密文攻击的抵御能力，进一步提升系统安全性。针对彩色图像的仿真实验和安全性分析结果表明，本申请算法除传统混沌系统密钥外，菲涅耳衍射距离、参考光波长和入射角方向余弦作为关键密钥增大了密钥空间(约为10
249
)且拥有较小密钥体积；解密图像保真度高且相邻像素相关性、信息熵、像素数改变率和归一化改变强度等评价指标上均接近理想值；密文图像直方图平坦，灰度分布均匀，完全隐藏了原始彩色图像的灰度、色彩信息，在传输和存储过程中更具一般性和迷惑性，在信息安全领域具有重要的应用价值。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术提供的一种彩色图像光学加密方法的加密步骤流程图。
[0026]图2是本专利技术提供的一种彩色图像光学加密方法的加密流程图。
[0027]图3是本专利技术提供的一种彩色图像光学加密方法的解密步骤流程图。
[0028]图4是本专利技术提供的一种彩色图像光学加密方法的解密流程图。
[0029]图5是本专利技术提供的彩色图像计算全息图生成模拟光路示意图。
[0030]图6是本专利技术提供的彩色图像计算全息图再现光路及参数设置示意图。
[0031]图7是本专利技术提供的全息图重建像面上的彩色图像RGB通道分布示意图。
[0032]图8是本专利技术提供的不同入射角参考光下的计算全息图RGB通道分量再现及其彩色合成示意图。
[0033]图9是本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种彩色图像光学加密方法，其特征在于，加密过程包括以下步骤：获取待加密图像RGB通道分量并叠加随机相位噪声，然后将三通道分量分别进行菲涅尔衍射计算，与参考光干涉后叠加得到对应灰度实值全息图；基于改造的Logistic混沌映射及其密钥参数生成随机序列，对所述灰度实值全息图的像素值进行两轮加密。2.如权利要求1所述的彩色图像光学加密方法，其特征在于，所述方法还包括：构建全息面、重建像面所在空间坐标系，其中，z轴垂直于全息面、重建像面，利用设定波长的平面波垂直照射计算所述灰度实值全息图，则在三个不同距离下分别获得RGB三通道分量的再现像，由全息面坐标原点指向重建像中心坐标的方向即为与任一通道分量菲涅耳衍射发生干涉的参考光方向。3.如权利要求1所述的彩色图像光学加密方法，其特征在于，所述方法还包括：RGB通道分量再现像规则分布且均落在重建像面上的第一象限内，其中：R通道分量再现像与G通道分量再现像中心y坐标相同，x坐标间隔大于再现像宽度；R通道分量再现像与B通道分量再现像中心x坐标相同，y坐标间隔大于再现像高度。4.如权利要求1所述的彩色图像光学加密方法，其特征在于，基于改造的Logistic混沌映射及其密钥参数生成随机序列，对所述灰度实值全息图的像素值进行两轮加密，包括：将Logistic混沌映射迭代多次，并舍弃多次迭代值后再开始记录，并基于设定的改造...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，王刚，沈伊人，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：