[发明专利]基于两个级联自由空间传播变换的光学多图像加密算法

说明书

本发明公开了一种基于两个级联自由空间传播变换的光学多图像加密算法，首先通过在相位恢复算法中使用结构化相位掩模，将每一个原始平面图像编码为一个统计独立的相位掩模；然后将所有原始平面图像对应的相位掩模通过相位掩模多路复用技术集成到噪声类密文中。当重建原始图像时，直接采用双随机相位编码系统的体系结构，其中结构化相位掩模和相应的解密密钥掩模位于沿着传播轴的确定位置。该方法可以大大提高安全水平。仿真结果验证了此方案的鲁棒性。

技术领域

本发明属于虚拟光学信息加密方法技术领域，涉及一种基于两个级联自由空间传播变换的光学多图像加密算法。

背景技术

由于光学信息安全技术具有并行处理，多维能力和多参数等显着的物理特性，在过去的几十年中引起了广泛的关注。其中一种经典技术是基于4f光学系统的体系结构的双随机相位编码(DRPE)，其中可以将原图像加密成具有静态白噪声分布的密文。现在，它已被扩展到不同的光学领域，如分数傅里叶变换域，菲涅耳变换域，回转变换域和其他域，其中额外的光学参数可以作为消除由DRPE固有线性引起的威胁的安全密钥。除了DRPE及其扩展之外，许多其他类型的光学图像加密技术，如积分成像，衍射成像，光子计数成像，鬼成像，偏振光编码，联合变换相关器，干涉仪，压缩感知，叠层成像和快速响应代码也被广泛使用。另外，稀疏表示和约束被用来实现光学图像加密和认证。

由于高效和增强的安全性问题，越来越多的研究人员关注基于不同复用的多图像加密算法，例如波长多路复用，位置多路复用，相位掩模多路复用，空间复用，θ调制，横向移位，频移和光谱裁剪等。在DRPE的帮助下，Niu等人提出了一个基于干涉和频谱中心偏移技术的多图像加密方法，其中两个平面图像通过干涉方法被加密。但是，基于干涉的加密方法具有固有的轮廓问题。光学多图像处理方案也在诸如傅立叶变换域级联分数的不同领域进行了研究。Wan等人提出了基于压缩全息的多图像加密方案，它可以在多个物体光束和唯一的参考光束之间通过干涉记录所有信息到一个全息图。陈提出了一个三维光学多图像加密的空间策略，将每个普通图像分解为一系列颗粒状的点。Alfalou和Brosseau提出了一个可以同时压缩和加密多图像的算法。Wu等人提出了基于计算鬼成像的多图像加密方案，其中每个平面图像最初被编码成具有不同衍射距离的强度矢量。这个方案很明显的缺点是将一系列参考强度模式视为私钥，这使得存储空间变大，传输带宽繁琐。为了减少存储空间，Li等人提出了一个基于压缩鬼成像和坐标采样的多重图像加密方法，其中随修改后的逻辑映射生成随机相位掩模算法。此外，迭代相位搜索技术，如修改的Gerchberg-Saxton算法通常被用来加密多图像，其中串扰噪声的影响可能被尽快消除。

与基于双随机相位编码体系结构的相位恢复算法不同，本文提出的方案只需要一个相位掩模。不管这个相位掩模是用作密钥还是密文，它都很容易分发，存储和记忆。除了传播距离d₁和d₂之外，可以使用包含在结构相位掩模中的光波长λ和拓扑电荷P等光学参数作为安全密钥，这表明加密方案的安全性大大提高。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于两个级联自由空间传播变换的光学多图像加密算法。

本发明所采用的技术方案是，基于两个级联自由空间传播变换的光学多图像加密算法，首先通过在相位恢复算法中使用结构化相位掩模，将每一个原始平面图像编码为一个统计独立的相位掩模；然后将所有原始平面图像对应的相位掩模通过相位掩模多路复用技术集成到噪声类密文中。

该方法具体包括如下步骤：

第一步：将每一个原始平面图像加密为相位掩模。

使用迭代相位搜索算法将平面图像f_i(x,y)加密为相位掩膜P_i(μ,ν)。相位掩膜P_i(μ,ν)产生过程可以描述如下：

步骤1.在图像平面上得到的复值波前可以表示为：