[发明专利]基于双随机相位编码和干涉原理的图像加密方法有效

专利信息
申请号: 201310204139.3 申请日: 2013-05-24
公开(公告)号: CN103279916A 公开(公告)日: 2013-09-04
发明(设计)人: 汪小刚;周国泉;徐一清 申请(专利权)人: 浙江农林大学
主分类号: G06T1/00 分类号: G06T1/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 311300 *** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 基于 随机 相位 编码 干涉 原理 图像 加密 方法
【说明书】:

【技术领域】

本发明涉及一种信息安全技术领域和信息光学领域,特别是图像的加密方法。

【背景技术】

双随机相位编码技术和光学干涉理论在图像加密中的应用研究是近年来光信息安全研究领域中的热点课题。1995年美国的P.Réfrégier和B.Javidi两位专家提出的双随机相位编码技术是光学理论在信息安全领域的重大运用,该技术已获得美国专利保护。但由于该系统存在着线性这一性质,系统的安全性存在极大的隐患。基于光学干涉理论的图像加密方法的研究则是最近几年光学图像安全领域出现的新热点。此类方法具有加密运算简单,光学解密方便的特点。2008年,首都师范大学的张岩等人首先运用干涉原理将一幅图像解析地加密成两块相位板。只需运用光强探测器,如CCD就可以在解密系统的输出面上方便地得到解密结果。然而最近的研究表明,直接利用干涉方法得到的相位板存在“轮廓显现问题”,即当作为加密结果的任意一块相位板放置在解密装置中时,就可在输出面上得到原图像的轮廓。实际上,经典的双随机相位编码过程也可看作是将一副图像的信息隐藏到两块相位板和一块振幅板中去的过程。与类似基于干涉原理的图像加密方法一样,当所有的这些相位板和振幅板都被正确的放置在解密装置中时,就可在输出面上得到正确的解密结果。但研究表明,直接利用双随机相位编码技术进行图像隐藏的方法也存在“轮廓显现问题”,即只要将其中的一块或两块相位板放置在解密系统中,就可以得到原图的轮廓信息。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供基于双随机相位编码和干涉原理的图像加密方法。

解决上述技术问题采用如下技术措施:双随机相位编码和干涉原理的图像加密方法按如下步骤进行:

(1)加密:

(i)f(x,y)是待加密的原始图像,h(x,y)是一幅用来产生假轮廓信息的图像,R(x,y)是一块随机相位板,数学上可以具体表示成exp[2πm(x,y)],其中m(x,y)代表在区间[0,1]上具有均匀概率分布的随机矩阵,利用h(x,y)和R(x,y)得到一块具有假轮廓信息的相位板:

P1(u,υ)=PR{FT[h(x,y)R(x,y)]}    (1)

其中FT[]和PR{}分别表示傅立叶变换和相位保留操作,(u,υ)代表傅立叶频域的坐标,相位保留操作的结果是除去复振幅的振幅信息,只保留相位部分的信息;

(ii)利用经典的基于4f系统的双随机相位编码技术对f(x,y)进行加密,输入面上和傅立叶频谱面上的两块相位板分别为R(x,y)和P1*(u,υ),其中“*”表示共轭,加密结果表示为:

E(x,y)=IFT[FT[f(x,y)R(x,y)]×P1*(u,υ)]    (2)

其中IFT[]表示逆傅立叶变换;

(iii)用θ(x,y)与A(x,y)分别表示E(x,y)的相位分布和振幅分布,根据光学干涉原理,E(x,y)可进一步分解成两块相位板,即有E(x,y)=P(x,y)+P′(x,y),其中P(x,y)、P′(x,y)分别为:

P(x,y)=exp{i[θ(x,y)-arccos(A(x,y)/2)]}    (3)

P′(x,y)=exp{i[θ(x,y)+arccos(A(x,y)/2)]}    (4)

由计算机随机生成一个与P(x,y)尺寸相同,元素为0和1且两元素概率各为1/2的二元矩阵M1,其互补矩阵为M2,即M1和M2之和是元素全为1的矩阵,利用M1、M2对P(x,y)和P′(x,y)两块相位板的部份元素进行随机置换,重新得到两块新的相位板P2(x,y)和P3(x,y),它们之间有如下关系:P(x,y)+P′(x,y)=P2(x,y)+P3(x,y),其中P2(x,y)和P3(x,y)分别表示为:

P2(x,y)=P(x,y)M1+P′(x,y)M2    (5)

P3(x,y)=P(x,y)M2+P′(x,y)M1    (6)

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