[发明专利]基于迭代非线性双随机相位编码的图像加密方法

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，特别是图像的安全加密方法。 

【背景技术】

20世纪80年代初期，信息光学技术开始被应用于信息安全领域。研究人员运用彩虹全息、莫尔条纹、光可变器件等技术对机密文档和认证信息进行保护，这些技术在信息防伪方面发挥了重要作用。图像是信息载体的重要形式之一，探索光学图像安全处理技术具有很高的学术和应用价值。目前运用最为广泛的光学图像加密技术是由美国Connecticut大学的Refregier和Javidi两位专家在1995年提出的基于4f系统的线性双随机相位编码技术。除了双随机相位编码技术之外，基于相位恢复算法的图像加密技术也受到科研人员越来越多的关注。相位恢复算法是一种由可测量的光场强度确定光场相位分布的方法和技术，它的提出最早是为了解决物理成像领域由强度探测器带来的相位丢失问题。1996年，Johnson和Brasher利用相位恢复算法将图像信息加密到两个相位板中，图像的解密则可以在双随机相位加密系统的光学装置中完成。此后，大量基于相位恢复算法的光学图像加密技术被陆续提出。国内科研人员在相位恢复算法加密方面的研究也取得了不少成果：中国科学院的司徒国海和张静娟提出了基于线性双随机加密系统框架下的相位恢复算法加密方法；台湾云林科技大学的张轩庭提出了基于改进的GS算法的菲涅耳域图像加密方法；哈尔滨工业大学的刘正君结合相位恢复算法和gyrator变换实现了双图像的加密，等等。这些方法大体可以归为两类：一是相位恢复算法加密型图像加密技术；二是相位恢复算法解密型图像加密技术。前者是运用相位恢复算法进行图像的加密，而解密 过程可以通过光学手段或者数字方式实现；对于后者，加密过程是在光学系统中完成，而相位恢复算法则用于图像的解密。这些图像加密方法中的绝大多数所采用的相位恢复算法都是在线性双随机相位编码的框架下实施的。 

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供基于迭代非线性双随机相位编码的图像加密方法。 

解决上述技术问题采用如下技术措施：本基于迭代非线性双随机相位编码的图像加密方法按如下步骤进行： 

(1)加密： 

(i)f(x，y)代表待加密的原始图像，R₁(x，y)和R₂(u，v)是计算机随机生成的两个相位板，分别可以具体表示成exp[2πα(x，y)]和exp[2πβ(u，v)]，α(x，y)和β(u，v)代表两个在区间[0，1]上具有均匀概率分布并且统计无关的随机矩阵，其中(x，y)和(u，v)分别表示输入平面和菲涅耳衍射输出平面的坐标，运用迭代相位恢复算法进行加密时，假定在第n-1次(n＝1，2，3…)迭代过程中已经得到两个相位板P_n(x，y)和P′_n(u，v)，当n＝1时，特别规定P_n(x，y)＝R₁(x，y)、P′_n(u，v)＝R₂(u，v)，即两个计算机随机生成的相位板被用作第一次迭代运算过程使用的两个密钥； 

(ii)第n次迭代过程中，首先对相位板P_n(x，y)进行一次波长为λ，距离为z₁的菲涅耳变换，接着对变换后得到的复振幅进行取振幅和取相位操作，分别得到振幅分布g_n(u，v)和相位分布r_n(u，v)，即：