【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学图像加密认证领域。尤其涉及一种基于指数加权运算的对应鬼成像算法的图像虎符认证方法。
技术介绍
1、信息技术的飞速发展对世界经济、文化、政治等各个方面都产生了非常重要的影响，带动了整个社会生活的变革。自上个世纪九十年代以来，由于互联网的广泛普及和使用，信息安全与国家、企业、个人的利益之间的关系日益密切，成为世界各国安全战略的重要组成部分，研究人员也将目光更多地放在了网络信息安全领域之上。由于图像是一种重要的信息载体，因此如何保证图像的加密与认证安全已成为相关研究热点。在各类加密方案中，光学图像加密技术因其具有高速实现，可并行处理多维数据等特点，在某些特定应用场合比传统计算机加密方法更具优势。
2、从最初的双随机相位编码(drpe)技术开始，光学加密技术已逐步发展出多种类型，在安全性和实用性等方面有了很大提高，广泛应用于图像加密和图像认证等领域。其中基于鬼成像过程的光学加密方案由于密文是实数值，十分有利于在实际应用中数据的存储与传送，因此是当前光学加密技术研究领域重点关注的对象。
3、为了提高鬼成像的成像质量和减少重构时间，相继出现了许多新型的鬼成像方案，例如差分鬼成像、高阶鬼成像、对应鬼成像、压缩感知鬼成像等等。其中对应鬼成像(cgi)是通过对参考支路的散斑图案进行条件平均来重构图像，即先计算所有桶探测值的均值作为阈值，然后将大于均值和小于均值的桶探测值所对应的散斑图案划分为正、负散斑数据，再对这两组数据子集进行平均运算，便可重建出目标物体的图像。分析研究表明，cgi的成像过程相当于仅筛选
4、目前，已有在cgi的基础上构建的图像认证方案。但由于cgi的成像过程仅利用了部分桶探测测量数据，因此重建图像质量较差；而且用作图像认证的初步解密结果中总是包含有原始目标图像的模糊轮廓，因此还存在信息泄露的问题；此外，正、负散斑数据子集所得到的初步解密结果之间并不具备相互验证身份权威性的功能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种指数加权运算的对应鬼成像算法(ecgi)，可将所有桶探测测量数据进行有效的利用，显著提升对应鬼成像方法的成像质量；在此基础上，构建一种图像认证技术方案：仅通过单独恢复得到的初步解密正、负图像是无法获取被加密的原始目标信息，也就避免了信息泄露问题；只有将正、负图像结合起来，才能恢复出质量很好的原始目标图像，这与中国古代用于验证军事指令权威性的虎符功能完全一致，因此称之为“图像虎符”。
2、本专利技术的加密过程：
3、步骤一：生成散斑密钥。若待加密的目标图像f(x,y)大小为m×n，全采样时测量次数为图像总像素数，则需要生成n＝m×n个散斑图案{ii(x,y)}。这些散斑图案即为加密过程中的密钥，是由计算机预先控制生成的，其灰度值分布可以满足任何随机概率分布函数，本专利技术中主要采用满足均匀概率分布的随机散斑图案。
4、步骤二：将生成的散斑图案(密钥)通过数字投影仪连续照射到待加密的目标图像(明文)f(x,y)上，如图1所示。然后，通过一个透镜将从物体反射或透射的光汇聚到一个桶探测器(单像素探测器)，记录收集到的总光强值。n次测量得到相对应的桶探测值序列{bi}，该序列就是加密结果(密文)。这一过程可以用数学公式表述如下：
5、bi＝∫∫ii(x,y)f(x,y) (1)
6、步骤三：将测量记录到的n个桶探测值序列{bi}进行两组不同的加权编码，得到正、负密文，并分发给不同的用户。加权编码的数学公式表述为和其中a与b是两个不相等的正值常数(严格讲，a与b的取值也可以小于0，但这会使运算结果中出现复数，不利于实际应用)，si＝∫∫ii(x,y)dxdy，表示的是第i次测量中散斑图案的总光强值。
7、解密过程：
8、步骤一：对于分发给不同用户的密文，按照公式(2)和(3)与正确的密钥进行求集合加权平均运算，可以分别解密出一幅初始结果图像，即初步解密正、负图像，仅单独看这两幅图像是无法得到任何有关原始明文信息的。
9、
10、
11、步骤二：通过将两个用户各自的初始解密图像相结合，按照公式(4)运算才能够正确恢复出原始明文图像的信息：
12、
13、其中，φ(…)表示进行归一化的操作，将矩阵中的元素映射到0～1.0之间，其实现过程如公式(5)所述：
14、
15、其中，a为待变换的矩阵，a’为归一化后的矩阵，a(x,y)(x＝1,2,…,m；y＝1,2,…,n)表示a中的元素。min(a)和max(a)分别表示矩阵a中最小和最大的元素。
16、本专利技术具有如下有益效果：
17、(1)本专利技术是采用基于指数加权运算的对应鬼成像的图像加密方法，该方法与以往的对应鬼成像算法相比，有效地扩展了桶探测测量数据的利用范围，进而明显改善了最终图像的重建质量。
18、(2)本专利技术可以利用计算鬼成像的实验装置进行实现，光学实验过程简单，易于实现。
19、(3)本专利技术中的算法能够使不同用户初步解密出的图像看不出任何有关原始物体图像的有效信息，因而也都不能单独实现与原始图像的有效认证；只有将两个用户的数据进行结合才能够有效重建目标图像，并实现良好的图像认证结果，同时也就完成了对用户身份权威性的认证。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于指数加权运算对应鬼成像的图像虎符认证方法，其特征在于：包括目标图像的加密过程、明文的初步解密过程和图像解密认证过程；其中目标图像的加密过程中直接将计算机控制生成的随机散斑密钥投射到目标物体上，用桶探测器得到相应的光强值作为密文，然后以不同的正值底数进行指数加权编码运算，得到正、负密文，并分发给不同的用户；明文的初步解密过程对不同用户的正、负密文使用正确密钥进行求集合加权平均运算，得到各自的初步解密图像；图像解密认证过程将不同用户的初步解密图像结合在一起，才能够恢复出质量很好的目标图像，并实现良好的图像认证结果，同时也就完成了对用户身份权威性的认证。
2.如权利要求1所述的一种基于指数加权运算对应鬼成像的图像虎符认证方法，其特征在于，使用计算机控制生成的散斑密钥对目标图像加密后，再以不同的正值底数进行指数加权编码运算，得到正、负密文：
3.如权利要求1所述的一种基于指数加权运算对应鬼成像的图像虎符认证方法，其特征在于，对于分发给不同用户的密文，按照公式(2)和(3)与正确的密钥进行求集合加权平均运算，分别解密出一幅初始结果图像：
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...【技术特征摘要】
1.一种基于指数加权运算对应鬼成像的图像虎符认证方法，其特征在于：包括目标图像的加密过程、明文的初步解密过程和图像解密认证过程；其中目标图像的加密过程中直接将计算机控制生成的随机散斑密钥投射到目标物体上，用桶探测器得到相应的光强值作为密文，然后以不同的正值底数进行指数加权编码运算，得到正、负密文，并分发给不同的用户；明文的初步解密过程对不同用户的正、负密文使用正确密钥进行求集合加权平均运算，得到各自的初步解密图像；图像解密认证过程将不同用户的初步解密图像结合在一起，才能够恢复出质量很好的目标图像，并实现良好的图像认证结果，同时也就完成了对用户身份权威性的认证...
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