[发明专利]基于PCA和计算鬼成像的光学图像加密方法

说明书

本发明公开了一种基于PCA和计算鬼成像的光学图像加密方法，步骤包括：1)根据计算鬼成像技术，利用空间光调制器产生的一系列随机相位来模拟热光源；2)按照下式确定散斑图案；3)将SLM引入的一系列随机相位作为秘钥，通过安全通道传输给接收方，使用PCA对秘钥进行降维；4)将桶检测器4收集的强度分布B_i与从已知的纯相位掩模导出的上述散斑图案I_i(μ,ν)互相关联，即成。本发明的方法，仅利用少量的随机相位传输就可以高质量地重建图像，为计算鬼成像技术的相关研究提供了有效的选择。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及一种基于PCA和计算鬼成像的光学图像加密方法。

背景技术

在计算机信息安全领域，光学加密信息处理技术具有并行、高速处理的特点，可以利用相位、波长、空间频率、偏振等多种维度的光加密信息。为了保证恢复信号不失真，信号的采样频率必须不小于信号带宽的两倍，如此一来就导致数据采集量大，数据传输成本高。

近年来，光学图像加密技术由于具有高速度、并行处理能力、多个参数共同控制等优势，迅速得到国内外众多专家学者的青睐。众所周知，在计算鬼成像中，需要大量的纯相位掩模来产生一系列参考光强模式和数值计算。因此，与传统的图像加密技术相比，亟需研制一种基于PCA和计算鬼成像的光学图像加密方法，在密钥空间方面更具优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PCA和计算鬼成像的光学图像加密方法，解决了现有技术数据采集量大，数据传输成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于PCA和计算鬼成像的光学图像加密方法，按照以下步骤实施：

步骤1：根据计算鬼成像技术，利用空间光调制器产生的一系列随机相位来模拟热光源；

步骤2：按照下式确定散斑图案，

散斑图案函数表达式为：

其中，FrT{.}是距离为z的菲涅尔变换，是随机相位，是纯相位掩模的自由空间传播场；

步骤3：将SLM引入的一系列随机相位作为秘钥，通过安全通道传输给接收方，使用PCA对秘钥进行降维；

步骤4：将桶检测器4收集的强度分布B_i与从已知的纯相位掩模导出的上述散斑图案I_i(μ,ν)互相关联，假设收集的强度分布的总数是N，则在数学上将重建图像描述为：

其中，G(μ,v)是重建图像，.是整体平均计算，即成。

本发明的有益效果是，包括以下方面：1)对秘钥进行降维，在能清晰恢复图像的情况下，大大降低了安全通道中的秘钥数量。2)使用PCA降维的维度也可以作为秘钥，使用错误维度无法重建图像，提高了系统的安全性。3)该方法的有效性将进一步丰富计算鬼成像的研究。4)如果不需要在视觉上观察原始图像，则可以使用传输非常少量的相位掩模来恢复图像。

附图说明

图1是本发明方法采用的计算鬼成像加密系统的实验装置图；

图2是本发明方法的PCA与计算鬼成像的流程图；

图3a是原始二进制图像，图3b是使用传统计算鬼成像重建的图像，图3c是使用本发明方法重建的图像；

图4a、4b、4c、4d、4e、4f分别是采用本发明方法降维到128、256、512、1024、1536、2048维的重建图像。

图中，1.激光器，2.空间光调制器，3.物体，4.桶探测器，5.控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。