[发明专利]基于非对称加密的隐形涡旋结构光三维成像方法

说明书

本发明基于非对称加密的隐形涡旋结构光三维成像方法，涉及涡旋光束、结构光成像和光学图像加密技术领域。本方法包括：A步骤获取四幅待加密图像；B步骤ELGamal加密；C步骤ELGamal解密；D步骤重构被测物体图像。本发明把密码学和光学成像技术有机结合，从信息论角度研究并建立三维目标高分辨成像和实时在线加密传输的采用正交偏振隐形涡旋结构光三维成像的理论模型和相移干涉加密理论，研究三维图像信息的获取和加密安全性模型。具有结构简单，易于实现自动化、大量程，非接触，速度快，精度高，安全性好等优点，特别在三维物体的信息传输方面提供了新的技术手段。将在身份认证、高分辨成像和保密通信等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及涡旋光束、结构光成像和光学图像加密技术领域，具体指一种基于非对称加密的隐形涡旋结构光三维成像方法。

背景技术

随着互联网和各种信息传递技术的广泛应用，信息在通信和存储中的安全性已成为当今的研究热点。图像加密是信息安全领域的一个重要研究方向，主要包括基于“数学理论”的传统图像加密技术和基于“非数学理论”的新型图像加密技术两大类。其中，利用物理参量对图像进行加密是新型图像加密技术，在一些领域中表现出优越性，尤其是光学图像加密技术，在近年来受到越来越多的关注。与传统电子信号处理方法相比，光学信息安全技术恰恰在处理速度、加密维度、实现成本、安全性以及固有的并行处理特性等方面有着得天独厚的优势。基于光学理论的信息安全技术具有上述诸多优点，近年来研究人员对其进行大量的研究，提出了多种光学图像加密的算法和结构。但是，多数的光学图像加密方法是以二维目标为加密对象，不能测量目标的深度信息，尤其对远距离三维目标无法高分辨成像，这使得光学图像加密技术难以在真实的三维场景中泛应用。激光三维成像技术的出现，给人们提供了新的技术手段。

另一方面，很多光学图像加密方法属于对称加密范畴，从本质上讲是线性系统，加密系统所存在的线性问题可为系统留下严重的安全隐患。针对线性系统所存在的系统安全漏洞，研究者们进一步提出了非线性或者非对称加密方案来增强系统的安全性。彭翔提出了基于相位恢复算法的已知明文攻击和唯密文攻击，指出了DRPE加密系统的线性本质导致了安全漏洞。并且提出了一种基于相位截断的光学图像加密架构，从而能够生成与加密密钥完全不同的解密相位板。孟祥锋提出了两步相移干涉和公钥加密算法结合的非对称加密方案，常用的公钥算法有Rivest-Shamir-Adleman(RSA)算法和椭圆曲线加密(EllipticCurve cryptography，ECC)算法等。ELGamal加密算法，是一种基于有限域上离散对数问题的公钥密码体制且采用的是非对称数字加密方法，是一种国际公认的较理想公钥密码体制。当前的公钥加密主要是基于单向陷门函数，即正向计算容易，逆运算极其困难的一类函数。1976年，Whirefield Diffie和Matin Hellman提出了公钥密码的思想。1985年，ELGamal提出了ELGamal公钥密码体制，其安全性取决于离散对数求解的困难程度。近年来，ELGamal加密算法在网络安全数字加密技术中应用广泛，但在光学图像加密领域中应用很少。

发明内容

本发明的目的是针对现有物体三维信息传递技术中存在的缺陷和不足，提出一种基于非对称加密的隐形涡旋结构光三维成像方法，首先产生两束具有正交偏振态且拓扑荷数分别为+l和-l的隐形涡旋结构光，照射到待测物体表面后发生反射，反射光被接收望远镜接收后经过四步相移调制器的调制后，获得四幅待加密图像，再经过Elgamal加密处理器得到加密密文；其解密过程采用ELGamal解密处理器进行解密后，得到四幅解密图像，最后经结构光三维成像算法即可再现出被测物体的图像。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明基于非对称加密的隐形涡旋结构光三维成像方法，其特点在于，包括激光器，半波片，偏振分束器，第一扩束器，第二扩束器，第一反射镜，第二反射镜，第一空间光调制器，第二空间光调制器，偏振合束器，发射望远镜，被测物体，接收望远镜，1/4波片，四步相移调制器，及计算机以光路方式连接。