[发明专利]光学图像隐藏装置及隐藏方法

说明书

技术领域

本发明属于光学图像处理成像领域，具体涉及一种光学图像隐藏装置及隐藏方法。

背景技术

随着信息安全重要性的日益提升，在许多领域中，图像安全也变得越来越重要。图像安全主要包括图像加密，图像隐藏和图像水印。其中图像隐藏的过程一般是可以描述为：把包含机密信息的物体图像A嵌入到某一常见的宿主图像B中进行传输，接收端得到的表面看起来非常接近图像B的但是包含了图像A的图像C。采用特殊手段对图像C做重构之后可以得到包含机密信息的图像A，从而达到传输的安全性要求。

由于光信号处理技术具有内在的并行性，因此具有成像速度，传输速度快等突出的优点，光学在各行各业中都得到了广泛的应用，随之而来的光学图像安全成为了一项重要的研究课题。利用相干光的干涉全息图来实现图像隐藏，从而提高光学图像传输的安全性，该思路的可行性也得到了相关实验证明。

相干光的干涉全息图具有可以记录和再现物体相位和复振幅信息的特点，尤其对于真实世界的3D物体、3D场景或平面图形的成像具有显著的优势。现在通常用来记录全息图的主要器件是数字全息器件，其制作成本低，成像速度快，记录和再现灵活。但是在全息图的存储和传输中的大数据量问题一直是制约光学图像安全传输的主要因素。

随着科学技术及生产工艺的不断进步，出现了采用基于压缩感知的单像素相机系统。单像素相机系统利用单光子检测器来采集离散的全息图光信号，大大降低成像器件成本及数据传输量。同时，各种压缩感知理论及重构算法也提高了光信号全息成像的传输及重建效率，进而使得光学图像的隐藏成为了一种可行的低成本的应用方案。

虽然基于压缩感知理论及重构算法能有效解决全息图像传输过程中的大数据量问题，但是，在纯光的环境下的图像隐藏、传输及优化重构系统却从未被讨论过。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种纯光域环境下、数据量小的光学图像隐藏装置及隐藏方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种光学图像隐藏装置，包括图像生成及隐藏单元、图像采集单元和图像重构模块，所述图像生成及隐藏单元生成需要隐藏的物体图像与宿主图像叠加的全息图，所述图像采集单元对所述全息图进行压缩采样后将所述全息图数据传送至所述图像重构模块，所述图像重构模块对全息图数据进行重构成像。所述图像生成及隐藏单元包括一马赫增德尔干涉仪、电光相位调制器和压电转换器；其中，所述马赫增德尔干涉仪将从光源发出的一束光波分解成两束光波，一束为照射物体图像的物光，另一束为照射宿主图像的参考光。沿着物光光路，所述电光相位调制器设置用来加载物体图像；沿着参考光光路，所述压电转换器设置在宿主图像之前，并调制参考光的相移。

进一步，所述图像生成及隐藏单元包括还包括有一第一中性密度滤光片和一第二中性密度滤光片；沿着物光光路所述第一中性密度滤光片设置在物体图像之前，并调整物光光强；沿着参考光路所述第二中性密度滤光片设置在所述压电转换器之前，并调整参考光光强。

进一步，所述图像采集单元包括一数字微镜器件、一图像处理模块、一采集透镜和一单光子探测器；所述数字微镜器件采集的全息图先经过图像处理模块压缩采样，而后被所述采集透镜汇集后收集到所述单光子检测器并输出为模拟电信号。

进一步，所述图像重构模块通过两步迭代算法重构出所述数字微镜器件上的四幅干涉全息图，进而重构出物体图像。

进一步，该光学图像隐藏装置，还包括有模数转换单元和图像传输单元；所述模数转换单元将所述图像采集单元收集的电信号转换成数字信号，所述图像传输单元将所述数字信号传输至所述的图像重构模块。

同时，本发明还提供了一种光学图像隐藏方法，包括如下步骤：

S1：通过图像生成及隐藏单元对物体图像和宿主图像生成叠加的干涉全息图；

S2：通过DMD数字微镜器件对叠加的干涉全息图进行高速采集，然后计算DMD数字微镜器件阵列平面上的测量矩阵与干涉全息图的随机线性测量值，以得到压缩全息图的采样，再通过单光子探测器收集成模拟电信号；

S3：将电信号转换成数字信号，并对该数字信号进行传输；

S4：利用两步迭代算法重构出叠加全息图，进而利用逆菲涅尔变换算法以及宿主图像的复振幅信息重构出原始的物体图像。

进一步，所述步骤S1还包括以下步骤：

S11：通过电光相位调制器加载物体图像；

S12：通过压电转换器对参考光分四次调相，生成参考光的相位分别为0，π，的干涉光源；