一种基于结构随机光场实现图像复用方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于结构随机光场实现图像复用方法及系统，包括：基于结构随机光场的电场表示，得到结构随机光场的复相干度；利用多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度；根据多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度以及结构随机光场的复相干度，得到非相干子模式的彩色随机噪声；将待编码图像利用光学全息术分别编码到非相干子模式的彩色随机噪声中，实现图像的复用。利用非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度，利用非相干模式进行图像复用编码，非相干模式之间是互不相关的，从而避免了模间串扰；此外结构随机光场对环境噪声具有很强的鲁棒性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构随机光场实现图像复用方法及系统


[0001]本专利技术属于光学成像领域，尤其涉及一种基于结构随机光场实现图像复用方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]作为信息的重要载体之一，完全相干光的频率、偏振和振幅等物理维度能够建立相互正交的数据通道，利用光的物理维度复用可提高光信息技术的容量和安全性。迄今为止，人们充分利用了光场的空间
‑
时间参量(如波长、偏振等)的复用与解复用技术实现光信息的编码与解码。随着光信息技术的发展，数据的编码几乎耗尽了现有的相关物理维度。自20世纪初科学家认识到光子携带轨道角动量(OAM)可作为光子复用的新维度以来，利用涡旋光场开发光子OAM的复用技术极大地提升了光信息编码容量和安全性。然而与光场的其它相干参量类似，OAM的复用技术主要存在三个缺点：首先，该复用方法依赖于若干个相干OAM模式，模式之间的串扰是不可避免；其次，OAM复用技术对环境稳定性具有很高的要求，环境中的微小扰动或噪音通常会导致严重的信息丢失；最后，OAM模式只能实现二进制(即0
‑
1)编码，对于高分辨率彩色图像的编码需要大量的算力和时间。因此，如何开发出一种具有高容量、高安全性的编码技术和方案尤为重要。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于结构随机光场实现图像复用方法及系统，利用非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度，利用非相干模式进行图像复用编码，非相干模式之间是互不相关的，从而避免了模间串扰。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的第一个方面提供一种基于结构随机光场实现图像复用方法，包括：
[0006]基于结构随机光场的电场表示，得到结构随机光场的复相干度；
[0007]利用多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度；
[0008]根据多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度以及结构随机光场的复相干度，得到非相干子模式的彩色随机噪声；
[0009]将待编码图像利用光学全息术分别编码到非相干子模式的彩色随机噪声，实现图像的复用。
[0010]本专利技术的第二个方面提供一种基于结构随机光场实现图像复用系统，包括：
[0011]复相干度模块：基于结构随机光场的电场表示，得到结构随机光场的复相干度；
[0012]复用复相干度模块：利用多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度；
[0013]非相关模块：根据多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度以及结构随机光场的复相干度，得到非相干子模式的彩色随机噪声；
[0014]图像复用模块：将待编码图像利用光学全息术分别编码到非相干子模式的彩色随机噪声中，实现图像的复用。
[0015]本专利技术的第三个方面提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行一种基于结构随机光场实现图像复用方法。
[0016]本专利技术的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行一种基于结构随机光场实现图像复用方法。
[0017]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0018]在本专利技术中，利用非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度，利用非相干模式进行图像复用编码，非相干模式之间是互不相关的，从而避免了模间串扰；此外结构随机光场对环境噪声(如大气湍流、不透明障碍物遮挡等)具有很强的鲁棒性，这使得该复用技术应用于恶劣环境中成为可能。
[0019]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1为本专利技术实施例一中利用光学全息术生成具有复用复相干度的结构随机光场的原理图；
[0022]图2(a)为本专利技术实施例一中将一幅图像的四个部分作为4个独立的通道示例图；
[0023]图2(b)为本专利技术实施例一中实验测量的二维复用复相干度分布图；
[0024]图2(c)为本专利技术实施例一中利用对应的密钥K1‑4解码的结果；
[0025]图2(d)为本专利技术实施例一中为同时利用所有密钥K1+K2+K3+K4所解码的结果；
[0026]图2(e)为本专利技术实施例一中为图2d中矩形方框内的模间串扰分析。
具体实施方式
[0027]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0028]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0029]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0030]实施例一
[0031]本实施例公开了一种基于结构随机光场实现图像复用方法，包括：
[0032]基于结构随机光场的电场表示，得到结构随机光场的复相干度；
[0033]利用多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度；
[0034]根据多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度以及结构随机光场的复相干度，得到非相干子模式的彩色随机噪声；
[0035]将待编码图像利用光学全息术分别编码到非相干子模式的彩色随机噪声中，实现图像的复用。
[0036]基于光学相干理论，等时相干函数可以用来描述结构随机光场E(r)的二阶统计特性，其定义为W(r1,r2)＝<E(r1)E
*
(r2)>，其中r1和r2是随机光场所在平面的任意空间位置矢量坐标，星号和角括号分别表示复共轭和系统平均。
[0037]数学上，结构随机光场的电场形式可以表示为：其中a(r)和分别表示光场固定的振幅和相位参量，b(r)为单模彩色随机噪声，则结构随机光场的复相干度可以表示为单模彩色噪声b(r)的系统平均：
[0038]μ(r1,r2)＝<b(r1)b
*
(r2)>
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0039]本实施例定义结构随机光场的复用复相干度μ
复用
(r1,r2)是由多个子模式μ
n
(r1,r2)(其中n＝1,2,
…
,N)组成，基于van Cittert
‑
Zernike定律，第n个子模式μ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构随机光场实现图像复用方法，其特征在于，包括：基于结构随机光场的电场表示，得到结构随机光场的复相干度；利用多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度；根据多个非相干子模式描述结构随机光场的复用复相干度以及结构随机光场的复相干度，得到非相干子模式的彩色随机噪声；将待编码图像利用光学全息术分别编码到非相干子模式的彩色随机噪声中，实现图像的复用。2.如权利要求1所述的一种基于结构随机光场实现图像复用方法，其特征在于，基于范西特
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泽尼克定律，利用功率谱密度函数、编码规则和狄拉克函数描述结构随机光场的非相干子模式。3.如权利要求2所述的一种基于结构随机光场实现图像复用方法，其特征在于，基于功率谱密度函数作为加载到第n个信息的通道，以及第n个通道编码规则或密钥，构建结构随机光场的复用复相干度。4.如权利要求1所述的一种基于结构随机光场实现图像复用方法，其特征在于，将待编码图像利用光学全息术分别编码到非相干子模式的彩色随机噪声中，实现图像的复用，具体为：将待编码图像分别作为功率谱密度函数并乘以对应的随机矩阵函数，通过对应的编码规则生成各自的子模式随机彩色噪声；每个子模式的随机彩色噪声通过分别乘以一系列随机数，叠加在一起形成具有复用复相干度的结构随机光场彩色随机噪声。5.如权利要求4所述的一种基于结构随机光场实现图像复用方法，其特征在于，利用复振幅调制算法将随机电场的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，梁春豪，马普娟，蔡阳健，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：