[发明专利]纯相位全息图和单随机相位编码的光学图像加解密方法

说明书

本发明提出纯相位全息图和单随机相位编码的光学图像加解密方法。该方法对现有的单随机相位编码全息图的光学图像加密方法中采用的全息图生成方法进行简单的改进，在全息图的生成过程中使用双相位法代替误差扩散法。该方法利用双相位法在生成全息图过程中的优势，极大地提高了解密图像的质量并且缩短了加密时间。此外，该方法克服了传统全息加密光学实验装置复杂的难题，使得光学实验装置复杂性降低，从而很容易得到光学解密结果。

技术领域

本发明涉及一种信息安全和信息光学技术领域，特别是光学图像加解密方法。

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学信息安全研究领域中的热点课题。1995 年美国的B. Javidi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。为了便于记录和传输密钥或加密图像，近年来计算全息加密的研究受到广泛关注。在计算全息加密中，大多数方法使用空间光调制器来得到光学结果，然而这些方法光学实验比较难以实现。幸运的是，基于单随机相位编码的全息图加密方法结构简单，光学实验很容易实现，在光学图像加密领域具有极大的潜力和优势。然而，在现有的基于单随机相位编码的光学图像加解密方法中，由于采用误差扩散方法生成全息图导致的解密图像质量差和生成全息图耗时的问题，还亟待解决。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了纯相位全息图和单随机相位编码的光学图像加解密方法。该方法对现有的单随机相位编码的全息图加密方法进行简单的改进，在全息图的生成过程中使用双相位法代替误差扩散法，利用双相位法固有的优势，能极大地提高解密图像的质量、缩短全息图的生成时间，而且光学解密实现容易。

该方法包括加密和解密两个过程。所述的加密过程分三个步骤：第一、角谱衍射；第二、双相位法生成纯相位全息图；第三、单随机相位编码全息图。所述的解密过程分两个步骤：第一、单随机相位共轭解码全息图；第二、逆角谱衍射数字重建或光学重建。

所述的角谱衍射是将物光波前分解为具有不同空间频率的平面波，并将这些平面波叠加在观察平面中，角谱衍射可以利用快速傅里叶变换进行数值运算：H(x, y) = FFT^-1{FFT{A(x₀, y₀)} U(u, v)}, FFT{•}表示傅里叶变换，FFT^-1{•}表示逆傅里叶变换，A(x₀,y₀)表示原图像，U(u, v)是传递函数，其公式是：U(u, v) = exp(ikz₁ (1-λ²u²-λ²u²)^1/2)，其中u, v是空间频率，k = 2π/λ是波数，λ为波长，z₁为衍射距离，i为虚数单位。