[发明专利]双柱面随机相位编码的光学图像加密方法

说明书

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P. Réfrégier 和B. Javidi 两位专家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，该技术已获得美国专利保护。但由于该系统存在着线性这一性质，系统的安全性存在极大的隐患。非对称加密方法是最近几年光学图像加密领域出现的新热点，此类加密方法具有抵抗相位恢复方法攻击的能力。由于柱面计算全息的由内向外传播模型和由外向内传播模型可以看作为非对称的衍射过程，柱面衍射过程作为非对称加密，在光学图像加密领域具有极大的潜力和优势。

发明内容

本发明针对上述双随机相位编码的加密技术由于线性性质导致的加密系统安全隐患，提出一种双柱面随机相位编码的光学图像加密方法，该方法可以有效抵抗相位恢复方法的攻击。该方法对经典的双随机相位编码加密技术进行简单的改进，使用柱面相位板代替平面相位板，两次反射接力柱面衍射代替两次连续接力平面衍射，利用两次反射接力柱面衍射过程和逆向过程的非对称性，能极大地提高加密方法的安全性，特别是能抵御相位恢复方法的攻击。本发明包括光学加密和解密两个过程。

本发明所述的光学加密过程如图1所示，包括一个核心模块——A双柱面随机相位编码模块，三个配套模块——B、计算处理与显示模块，C、激光照明光源与参考光模块，D、全息成像获取模块。

本发明所述的双柱面随机相位编码模块是由两次反射接力柱面衍射和分别位于输入面和第一个反射柱面的双柱面随机相位板组成，包括以下两个步骤：

AE1、待加密的灰度图像经过激光照明转化为物光波(u₀)，首先被位于第一个内反射柱面的第一个柱面随机相位板(M₁)编码，反射后结果记为u₁，经过一次距离为d₁、由外向内传播模型的柱面衍射，到达另一个外反射柱面，其波前记为u₂，具体计算过程表示为：

，(1)

其中R₁为随机相位矩阵，i为虚数单位，*表示共轭，即反射过程。FrOIP(^.)表示由外向内传播模型的柱面衍射，计算公式为：

(2)

其中(θ_R, z_R)和(θ_r, z_r)为内反射柱面和外反射柱面的角度和高度方向坐标，r、R为内外柱面的半径，C为常数，d为内外柱面上任意2点间的距离。

AE2、衍射波前u₂被位于第二个外反射柱面的第二个柱面随机相位板(M₂)编码，反射后的光场记为u₃，经过一次距离为d₂、由内向外传播模型的柱面衍射，到达另一个柱面记录面，其波前记为u₄，计算具体过程表示为：

(3)

其中R₂为随机相位矩阵，FrIOP(^.)表示由内向外传播模型的柱面衍射，计算公式为：

。(4)

本发明所述的三个配套模块分别是：

B、计算处理与显示模块，由计算机114和显示器115组成。

C、激光照明光源与参考光模块，由图1中的101：激光器，102：激光扩束镜，103：透镜L1，104：平面反光镜M1，105：分光棱镜BS1，106：相移半波片PZT，107：分光棱镜BS2，108：平面反光镜M2组成，为核心编码模块提供照明光源和参考光，参考光通过相移半波片PZT提供相位改变为π/2的两种参考光R₀和R₁。