[发明专利]基于鬼成像和图像认证的压缩光学加密和解密方法

说明书

本发明公开了一种基于基于鬼成像和图像认证的压缩光学加密方案，在加密过程中，使用哈达玛散斑照明目标物体，物体的反射光强度由桶探测器收集。为了提高数据传输的安全性，引入隐写的方法来实现数据隐藏，将收集到的桶信号编码为一系列随机二值散斑序列并且隐藏到用于照亮认证图像的投影图案中。在对认证图像进行测量的过程中，利用桶探测器收集衍射数据来获取序列认证秘钥数据。当接收方通过身份认证后，发送相应的秘钥来恢复秘密图像。本发明引入了认证的方法，提高了信息传输过程中的安全性，并且对数据进行了压缩，而且提出的加密方法具有较高的解密质量和安全性。

技术领域

本发明涉及图像技术领域，特别涉及一种基于鬼成像和图像认证的压缩光学加密和解密方法。

背景技术

鬼成像作为一种新型成像技术，具有非定域性，即可以在不包含目标物体信息的光路上恢复目标物体，这一特性使其能够在复杂介质中成像。并且鬼成像技术是通过多次采样进行关联运算来重构目标物体信息，因此在复杂环境、信息压缩方面有巨大潜力。鬼成像技术最早追溯到1995年，由美国马里兰大学的Pittman课题组提出了一种基于双光子纠缠光源的成像方案，通过实验验证了理论的可行性。随着GI技术的发展，2008年，Shapiro提出了计算鬼成像理论，通过使用空间光调制器生成主动照明散斑，大大简化了鬼成像的实验光路。至此，计算鬼成像迎来蓬勃发展，许多的新理论和方法被相继提出。

最近，鬼成像技术被广泛应用于图像加密领域，较于之前传统的光学加密方案，基于鬼成像的加密实验要求低、成本低，密文简单，大大降低了密文要求的存储空间。但是鬼成像加密输入输出存在线性关系，容易受到选择明文攻击，为了提高其安全性此后研究者们提出了许多加密方案。2010年，有学者首次将CGI技术应用于光学图像加密领域，这一工作大大简化了密文存储空间。2014年，有学者将多个标记隐藏到同一幅图中，实现鬼成像的加密。2015年有学者提出了一种基于QR编码和压缩感知技术的光学加密方案。2021年，有学者提出了一种基于哈达玛单像素成像和阿诺德变换的光学彩色图像加密方法。

目前基于鬼成像的加密方法大都采用大量的照明图案作为密钥对图像的像素值进行编码，并将收集到的桶信号作为密文。对于大像素的图像进行加密时，通常需要对大量照明图案进行保存、传输等处理，测量次数和数据都十分巨大，因此其实际应用仍受到很大限制。并且鬼成像加密输入输出存在线性关系，鬼成像加密系统容易受到窃取者的攻击和干扰，加密系统的安全性还有待进一步提高和改善。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于鬼成像和图像认证的压缩光学加密和解密方法。本发明引入了认证的方法，提高了信息传输过程中的安全性，并且对数据进行了压缩，而且提出的加密方法具有较高的解密质量和安全性。

本发明的技术方案：基于鬼成像和图像认证的压缩光学加密和解密方法，包括如下步骤：

加密过程：

(1)图像的压缩采样：使用哈达玛散斑照明目标物体，物体的反射光强度由桶探测器收集，得到光强值D；

(2)数据隐写：将收集到的光强值D编码为一系列随机二值矩阵{P_O}，并获得秘钥k₁；

(3)生成认证秘钥：将随机二值矩阵{P_O}隐藏到用于照亮认证图像的投影图案中，并获得秘钥k₂、密文C和认证秘钥k；

解密过程：

(a)认证：接收方根据认证秘钥k和密文C进行关联运算，恢复出一个模糊图像，并且将图像回送至发送方用于身份认证，认证通过后再将密钥k₁和密钥k₂发送给接收方；

(b)解密：根据密钥k₁和密钥k₂来恢复秘密图像。