[发明专利]一种彩色图像光学加密方法

说明书

本发明涉及图像处理技术领域，公开了一种彩色图像光学加密方法，整体可视为两次加密操作：首次加密操作利用菲涅尔衍射将彩色图像RGB通道分量转换成一幅实值计算全息图以实现明文图像像素信息的隐藏，并通过综合设置衍射距离、参考光方向参数以调整各通道分量再现像位置来克服RGB通道分量间的信息串扰，从而确保解密过程能准确恢复出每个通道色彩分量；第二次加密操作是利用改造的Logistic混沌系统对计算全息图像素进行置换与扩散，获得一幅无意义的白噪声图像作为最终的密文图像，该次加密操作借助于混沌系统特性及扩散机理增强密文对明文变化的敏感性、增强了密文对统计攻击与唯密文攻击的抵御能力，进一步提升系统安全性。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种彩色图像光学加密方法。

背景技术

现有彩色图像加密方法可概略分为两类：多通道加密和单通道加密。多通道加密主要基于彩色三基色原理，将RGB通道视为三个子灰度图像并在加、解密过程中对每个通道分量单独处理，该类方法不足之处在于其加(解)密系统实现成本比较高，其密钥存储空间随相位掩模数量增加而增大，不便于密钥存储、分发及实际应用；此外，通道间加解密过程的相互独立虽然增大了密钥空间(只要一条通道上的解密密钥未知就无法获得正确明文信息)，但RGB通道间因强烈光谱联系而具有的较高相关性形成潜在的安全攻击“漏洞”，同时密钥数量增多也增大了泄密的可能性。

与多通道加密过程不同，单通道加密是对不同方式耦合的RGB通道整体实施加解密处理，关键在于如何确保RGB通道耦合时信息不发生串扰并在解密后能分解得到无损的彩色明文图像。总体上，相比多通道加密算法，单通道加密可避免彩色图像在变换过程中的色彩信息损失，并能防止利用RGB通道相关性进行安全攻击；此外，对RGB通道耦合后的实值矩阵进行整体处理也有利于降低加密系统复杂性并具有较快的加解密速度。

混沌密码学和光学信息安全技术都是目前图像加密领域的重点研究方向，两者各具优缺点，结合两者构造性能更优的图像加密算法极具吸引力，明文、密文之间的直接关系，使得明文单个像素值能扩散到整个密文，能够通过明文、密文对反推密钥及中间值，降低安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种彩色图像光学加密方法，提高安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种彩色图像光学加密方法，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；

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。

其中，所述方法还包括：

构建全息面、重建像面所在空间坐标系，其中，z轴垂直于全息面、重建像面，利用设定波长的平面波垂直照射计算所述灰度实值全息图，则在三个不同距离下分别获得RGB三通道分量的再现像，由全息面坐标原点指向重建像中心坐标的方向即为与任一通道分量菲涅耳衍射发生干涉的参考光方向。

其中，所述方法还包括：

RGB通道分量再现像规则分布且均落在重建像面上的第一象限内，其中：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。

其中，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；

基于当前迭代次数，利用随机序列对对应的密钥值对所述灰度实值全息图进行两轮加密，得到加密图像。