[发明专利]一种随机尺寸分割结构化相位板的图像加密与解密方法

说明书

本发明涉及一种随机尺寸分割结构化相位板的图像加密与解密方法。首先，在加密方，将随机相位板分解为一系列随机大小的子块；然后，使用随机参数生成的结构函数对每个子块进行填充，按照此方法生成两块随机相位板；接着，使用双随机加密系统对振幅图像进行加密；最后，在解密方，使用共轭的相位板对图像进行解密，恢复出原始图像。本发明的方法可以更好的提高加密图像的随机性，提高加密系统的安全性，该方法除了可以对灰度图像进行加密以外，还可以用于对彩色图像，高光谱图像以及多幅图像的加密中，具有优异的社会效益和经济效益。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种图像加密与解密技术。

背景技术

随着互联网以及多媒体技术的不断发展，信息安全方面的问题不容忽视。数字图像作为最重要的信息传递载体之一。在军事、金融、医疗、科研等领域，图像数据往往要进行加密以后在进行传输，用于防止信息的窃取，因此，图像加密技术也越来越受到人们的重视。

图像加密的目的是将图像本身所表达的信息进行隐藏，使不掌握密钥的用户无法获得图像的真实内容，而掌握密钥的用户可以通过解密算法，获得真实的图像信息。光学图像加密技术是通过光电系统或者虚拟光学系统，使用一定的算法，对原图像进行一定的扰乱操作，实现图像数据的加密。最早的光学图像加密系统是Refregier和Javidi提出的双随机相位编码系统，该系统在典型的4f系统中，分别在光信号的输入平面和傅立叶频谱面上分别放入一块随机的相位掩模版，其目的是对输入图像的振幅与相位信息分别进行加密，从而达到令输出的密文完全变为一幅白噪声图像的目的。此后该系统又拓展到了分数傅立叶域、菲涅尔域等。加密的手段以及应用领域也有了相当大的发展，从而也进一步的提高了系统的安全性。

但是，已经能够证明，被白噪声随机相位板所加密的图像，能够被一些相位恢复算法所破解，即使在密钥完全未知的情况下，通过迭代计算，也能够恢复出图像的信息，达到人眼能够完全辨识的程度。因此，根据相位恢复算法的特点，改进这类系统的加密方式，是需要进一步解决的问题。近年来，提出了结构化的相位密钥进行加密的方式，这类系统中使用的结构化相位密钥是一些函数，通过输入随机参数，产生不同的相位分布模式，但是一般函数中的参数个数只有2-3个左右，这就会使得密钥的空间明显缩小。这样一来，通过穷举参数的方法，很可能就会破解出图像的内容。于是，一些研究者又对相位模板进行分割，得到一系列大小相同的子模板，每块子模板都用随机参数的结构函数进行填充，从而提高加密的随机性。

本发明专利提出了一种随机尺寸分割的相位模板进行图像加密与解密的方法。可以更好的提高加密图像的随机性，提高加密系统的安全性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种将随机分割的结构化模板引入到图像加密过程中的方法，为光学图像加密技术提供新的途径。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。为实现上述目的，本发明的方案包括：

如图1所示，加密过程如下：

1)待加密的图像为I1(x,y)，将其放置在输入面上，根据灰度图像的特点，将其看作是一个振幅函数。图像的像素尺寸为M*N。将最大的分割层数设定为整数 K，参数K最小值为1，最大值为lg(M)和lg(N)中的较小者，首次分割层数设定为1。

2)产生一个0-1之间随机浮点数R_k，作为该层分割的阈值，下标k表示当前的分割层数。

3)再产生一个0-1之间随机浮点数r，作为比较值，将R_k和r进行比较：①r≤R_k，则将这块相位板的区域进行分割；②rR_k，则不进行分割。具体的分割方式是，如果该区域的像素尺寸为m*n，则将其分割为2*2的四块，如果m 或n为偶数，则子块的尺寸为m/2或n/2；如果m或n为奇数，则子块的尺寸分别为[(m+1)/2和(m-1)/2]或[(n+1)/2和(n-1)/2]。