[发明专利]一种彩色图像光学加密方法

权利要求书

1.一种彩色图像光学加密方法，其特征在于，加密过程包括以下步骤：

获取待加密图像RGB通道分量并叠加随机相位噪声，然后将三通道分量分别进行菲涅尔衍射计算，与参考光干涉后叠加得到对应灰度实值全息图，包括：

首先提取RGB通道分量作为三个灰度图像并分别放置于输入面，然后叠加随机相位噪声ψ使初始场振幅正比于图像灰度，再经距离分别为Z_R、Z_G、Z_B的菲涅耳衍射到达输出面，最后在输出面上分别与入射角为θ_R、θ_G、θ_B，波长为λ的参考光进行干涉，整个过程可表示为：

O'_R(u,v)＝FrT[O_R(x,y)ψ(x,y),Z_R,λ]+R_R(u,v)

O'_G(u,v)＝FrT[O_G(x,y)ψ(x,y),Z_G,λ]+R_G(u,v)

O'_B(u,v)＝FrT[O_B(x,y)ψ(x,y),Z_B,λ]+R_B(u,v)

其中，FrT[·,Z,λ]表示距离为Z、波长为λ的菲涅尔衍射；O_R(x,y)，O_G(x,y)和O_B(x,y)为彩色图像三通道分量；ψ(x,y)为随机相位噪声；R_R(u,v)，R_G(u,v)和R_B(u,v)表示入射角分别为θ_R、θ_G、θ_B，波长为λ的参考光复振幅；O’_R(u,v)，O’_G(u,v)和O’_B(u,v)为彩色图像三通道分量调制后的干涉复振幅，输出面上叠加后的全息图强度分布为：

E＝E_R+E_G+E_B

E_R＝O'_R(u,v)×O'_R^*(u,v),E_G＝O'_G(u,v)×O'_G^*(u,v),E_B＝O'_B(u,v)×O'_B^*(u,v)

其中，O’_R(u,v)表示O’(u,v)的共轭光，E为待加密彩色图像经菲涅耳衍射后生成的振幅型计算全息图，R通道分量再现像与G通道分量再现像中心y坐标相同，x坐标间隔大于再现像宽度；R通道分量再现像与B通道分量再现像中心x坐标相同，y坐标间隔大于再现像高度；

给定任一RGB通道分量再现像中心坐标(x₀,y₀)、参考光波长λ及再现距离z₀时，该通道分量再现像在重建像面上的位置计算如下：

设全息面像素数为M₁×N₁，像素物理宽度为p_ix(mm)，重建放大率为1，参考光波长为λ，则重建像面大小L_1x、L_1y分别为：

设彩色明文图像大小为M₀×N₀像素，则重建像平面上的再现图像长L_0x、宽L_0y分别为：

故重建像面上任一RGB通道分量再现像横向范围为：纵向范围为：其中，p_ix、L_1x、L_1y、L_0x、L_0y，单位均为mm；

令RGB通道分量再现像中心坐标分别为(x_R,y_R)，(x_G,y_G)和(x_B,y_B)，再现像大小为L_0x×L_0y，物平面第一象限大小为根据重建像面上的RGB通道分量再现像位置设置，各通道分量再现像中心坐标、幅面大小及重建像面范围应满足以下约束条件：

R通道与G通道再现像中心x坐标距离D_RG：D_RG＝x_G-x_R＞L_0x；

R通道与B通道再现像中心y坐标距离D_RB：D_RB＝y_B-y_R＞L_0y；

RGB通道分量再现像均位于重建像面第一象限，且有：

2x_G+L_0x＜L_1x，2y_B+L_0y＜L_1y；2x_R＞L_0x，2y_R＞L_0y；

根据以上再现像坐标范围自动从重建像面的提取RGB通道分量；

基于改造的Logistic混沌映射及其密钥参数生成随机序列，对所述灰度实值全息图的像素值进行两轮加密，包括：

将Logistic混沌映射迭代多次，并舍弃多次迭代值后再开始记录，并基于设定的改造规则对所述Logistic混沌映射进行改造，处理后得到[0,255]范围内的随机序列R_seq；

R_seq[i]＝mod((X[i]-floor(X[i]))×10000,256)

其中，R_seq[i]表示改造得到的随机序列，X[i]表示由一维Logistic混沌映射直接生成的随机序列；

对第一次迭代加密，利用所述随机序列中的第二位密钥值对所述灰度实值全息图中的第一个像素值进行加密，对下一次迭代加密，则利用与当前迭代次数相同位数下的密钥值对当前次数对应的所述像素值进行加密，直至所有像素值加密完成，完成第一轮加密，得到中间图像；

基于当前迭代次数，利用当前迭代次数对应的相同位数下的所述密钥值对对应的所述像素值进行加密，直至所有的所述像素值加密完成，完成第二轮加密，得到加密图像。

2.如权利要求1所述的彩色图像光学加密方法，其特征在于，所述彩色图像光学加密方法还包括解密过程，包括以下步骤：

利用密钥参数与改造的Logistic混沌映射生成随机序列，基于逆序的形式对加密图像进行两轮解密过程；

使用与加密过程相同波长的光源照射解密得到的计算全息图，利用相应的衍射距离密钥和入射角密钥依次对RGB通道分量进行全息图再现；

对各通道分量再现像亮度进行归一化处理，并线性放大至[0,255]范围再进行彩色合成，完成解密过程。