[发明专利]基于偏振的视觉密码双图像隐藏方案

说明书

本发明公开了一种基于偏振的视觉密码双图像隐藏方案。在隐藏过程中基于视觉密码，利用对称图像编码的信息冗余将两幅图像的信息编码到两幅视觉密钥图像中，并将一幅视觉密钥图像制作成偏振型液晶相位衍射元件，另一幅作为解密的私钥保存在电脑中。解密时只需要用线偏振光照射偏振复用的液晶相位衍射元件，通过调节检偏器主轴方向水平或垂直，在远场分别接收衍射图像与私钥叠加即可获取两幅隐藏图像。本发明用偏振型液晶相位衍射元件作为隐藏载体，利用光学系统通过调制偏振态实现双图像隐藏，具有隐蔽性好、抗噪能力强、安全性高、系统高度集成的优点，同时操作简单，有效解决了已有技术隐蔽性差、系统复杂、应用限制多等问题，可应用于安全性、系统集成性高的信息加密领域。

技术领域

本发明涉及一种光学图像隐藏方案，具体涉及一种基于偏振性液晶相位衍射器件，利用视觉密码编码的信息冗余，采用偏振调制实现的双图像隐藏方案。

背景技术

光学图像隐藏是实现光学信息安全保护的一个重要手段，有着广阔的研究前景，吸引了众多的研究学者。光学图像隐藏通常分为空域隐藏和变换域隐藏，空域图像隐藏是指将编码后的隐蔽图像直接叠加在宿主图像中实现信息隐藏，图像嵌入方式有加性、乘性和自适应性等；其嵌入信息量较大，但鲁棒性较弱。变换域图像隐藏可以分为：离散余弦变换域隐藏、傅立叶域隐藏、分数傅立叶域隐藏、小波域隐藏等；和空域不同，变换域图像隐蔽具有较强的鲁棒性，可以有效抵御噪声、剪切、图像压编等各类攻击。最经典的光学信息隐藏技术是由Refrgier和Javidvi于1995年提出的双随机相位编码，该方案是将两个随机相位作为密钥，将秘密图像转化成无意义的复振幅，参见（Opt Lett 1995; 20: 767–9）。光学图像隐藏的优点为并行化、高速处理、适用于多维度，在信息安全领域发挥着独特的魅力。

视觉密码是一种关于图像加密的技术，提供了一种将一个携带待加密信息的图像分割为多个加密子图像，只要将规定数量的子图像精确叠加在一起，不需要任何密码学的计算，依靠人眼即可获取加密信息的方案。1994年，Moni. Naor和Adi. Shamir正式提出了视觉密码学并进行了详细的理论阐述，标志着视觉密码方案成为了密码学研究的重要分支，参见（Eurocrypt 1994（1）: 1-12，1994）。在随机网格加密技术的基础上，视觉密码学使用多个像素点阵列共同构成像素点阵块的方式来实现加密功能，并最终产生出加密方案的加密子图。在该方案可描述为“（k，n）-视觉密码方案”，即一个携带加密信息的图像按照规则被编码成n个加密子图，规定任意k个参与者可以解密信息（k大于2且小于或者等于n），将子图分配给n个密码方案参与者。当任意k个参与者将子图对准叠加后，即可完成解密，通过人眼可直接获取解密信息，而小于k的任意个参与者均不能完成解密。

光学图像隐藏技术不但通过加密算法隐藏了图像的内容，同时还隐藏了信息的存在，增加了非授权用户识别并破译图像信息的难度；若同时将多幅图像隐藏于一个载体中，还具有一定的迷惑性和欺骗性，使非授权用户真假难辨，增加了破译的成本。现有的通过视觉密码的加密方法实现的图像隐藏的技术方式为，在隐藏过程中将秘密信息通过视觉密码编码方案转换成一组衍射光学元件密钥，提取过程只需用激光照射衍射光学元件，将得到的图案叠加到一起通过人眼的联系功能直接提取秘密信息，参见（J. Opt. 19 (2017)115703 (10pp)）。偏振复用液晶相位衍射元件是2005年Jeffrey A. Davis等人提出来的，通过调制偏振状态衍射出来的衍射图，不同的偏振状态有着不同的衍射信息，用偏振复因此用液晶相位衍射元件做隐藏载体有着独特的优势。

而现有的用视觉密码加密的图像隐藏在具有上述优势特征的同时也存在一些不足：

1. 隐蔽性差，现存的视觉密码在光学隐藏中隐藏载体是规律明显的二值随机分布结构，虽然没有任何意义，但特征明显，隐蔽性差；

2. 应用限制多，现有的方案受视觉密码方案的束缚，需要精确对准解密才能提供给人眼获取信息，容易受对准干扰，这对实际应用造成了更多的限制；