[发明专利]基于数据容器和相位迭代恢复过程的光学图像加密方法

权利要求书

1.一种基于数据容器和相位迭代恢复过程的光学图像加密方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1：通过基于QR码约束条件的数据容器，将待加密的字符转换成点阵图像；

步骤2：基于QR码约束条件的数据容器，经过双随机相位编码加密系统加密为强度密文图像；

步骤3：密文通过相位迭代过程恢复出解密图像，并将其重新转换成字符，

解密的过程是多次的迭代过程，首先由随机或给定的预估值开始，经过多次迭代后，当迭代结果与密文的相关系数CC值达到阈值B时结束迭代过程，此时的迭代结果即恢复出的明文信息。

2.根据权利要求1所述的基于数据容器和相位迭代恢复过程的光学图像加密方法，其特征在于：所述的步骤1中，具体过程是，

通过基于QR码约束条件的数据容器将待加密字符的二进制ASCII码转换成数据容器，该数据容器由12×12个小正方形组成，每个小正方形代表一位数据信息，则该容器的容量为144位信息，即包含18个字符；小正方形的尺寸为3×3像素，其包含的数据信息的值由九个像素的平均值决定，设定一个预定的阈值A，当平均值大于或小于预定的阈值A时，该平均值被识别为1或0；

当某个小正方形的数值分别代表1或0时，则数据容器中的小正方形的颜色显示为白色或黑色。

3.根据权利要求1所述的基于数据容器和相位迭代恢复过程的光学图像加密方法，其特征在于：所述的步骤2中，具体过程是，

2.1)加密流程如图1所示，先将待加密的数据容器与随机相位掩膜RPM₁相乘，并经过透镜对其进行一次傅里叶变换，得到如下表达式：

其中，(μ，ν)表示频域的坐标，u(μ，ν)表示傅里叶谱，(x，y)表示空间域的坐标，f(x，y)表示步骤1得到的基于QR码约束条件的数据容器，表示分布在[0，1]上的独立的随机函数，FFT{·}表示傅里叶变换；

2.2)傅里叶谱u(μ，ν)通过随机相位掩膜RPM₂的调制后，再次通过透镜完成逆傅里叶变换并在输出端对光强进行捕捉，得到密文分布，表达式为：

c(x，y)＝|FFT^-1{u(μ，v)exp[i2πφ(μ，ν)]}|² (2)

RPM₂＝exp[i2πφ(μ，ν)]

其中，c(x，y)表示最终得到的密文图像，FFT^-1{·}表示逆傅里叶变换，φ(μ，ν)表示分布在[0，1]上的独立的随机函数，|·|表示取绝对值。

4.根据权利要求3所述的基于数据容器和相位迭代恢复过程的光学图像加密方法，其特征在于：所述的随机相位掩膜RPM₂与随机相位掩膜RPM₁分别随机生成，内容不同，生成过程一样。

5.根据权利要求1所述的基于数据容器和相位迭代恢复过程的光学图像加密方法，其特征在于：所述的步骤3中，具体过程如下：

3.1)给出一个原始图像的预估值f₀(x，y)；

3.2)第k次迭代时，原始图像的迭代值为f_k(x，y)，将其与相位掩膜RPM₁与RPM₂经过与加密过程相同的调制过程，最终输出平面的分布函数的表达式为：

其中，g_k(x,y)表示输出平面的分布函数；

3.3)将g_k(x，y)的振幅部分替换为密文c(x，y)，修正后的分布函数的表达式为：

其中，c(x,y)表示密文图像，该密文图像默认先加密后解密，所以解密中加密得到的密文为已知条件；

3.4)修正后的分布函数经过加密过程的逆过程，表达式为：

3.5)将QR码的位置检测图案作为支持约束添加到步骤3.4)求得的f_mk(x，y)中，并更新原始图像的迭代值，表达式如下：

f_k+1(x，y)＝f_mk(x，y)

3.6)计算迭代结果|g_k(x，y)|与密文图像c(x，y)之间的相关系数CC，当CC达到预先设置的阈值B时，迭代停止并输出最终的解密结果f_k(x，y)，相关系数CC的表达式如下：

其中，E{·}表示计算期望；

3.7)重复上述步骤3.2)-步骤3.6)，直到迭代停止；最后，通过阈值A判断恢复解密结果每个小正方形的值，即可解读加密的信息内容。