[发明专利]一种菲涅尔域算法和关联成像的多路复用和多图像加密方法

说明书

本发明公开了一种菲涅尔域算法和关联成像的多路复用和多图像加密方法，包括：对单幅图像进行菲涅尔域Gerchberg–Saxton算法，得到一个纯相位函数；对需要加密的各个图像分别进行上述操作，得到多个纯相位函数；将多个相位函数进行叠加并归一化，得到一个组合的相位函数；把组合相位函数作为二次加密即关联成像加密的明文；有一系列随机散斑调制的光照射到成像图像上，由桶探测器收集并记录下光场强度信息，完成二次加密。本方法首先通过菲涅尔衍射的距离复用，实现了“一码一钥”。根据本发明，不仅具有较好的安全性而且能够抵抗噪声、裁剪等攻击，同时也具有较好的加密容量，解决了共享公钥的潜在风险。

技术领域

本发明涉及光学图像加密的技术领域，特别涉及一种菲涅尔域算法和关 联成像的多路复用和多图像加密方法。

背景技术

随着全球经济化和信息化的发展，信息交流越来越频繁，人们在日常生活 中对信息传输和处理的需求不断提升。为了保证信息的安全性、真实性和完 整性，信息安全技术随着信息技术的发展而不断拓展、深化，并且在个人信 息安全、企业发展、国家安全和社会稳定等方面都起到了不可或缺的作用。 传统的信息安全技术主要依赖于计算机或数字信号处理器等手段来实现，但 这些手段受到处理速度的限制，因此急需一种快速安全的手段作为补充及替 代。光学信息安全技术作为近年来新兴的技术手段，受到了广泛关注。光学信息安全技术以光作为信息的载体，具有高速、并行的特性，而且光的波长 短，信息容量大，且能在多维度(如波长、振幅、相位、轨道角动量等)实现信 息的隐藏。这些优点充分说明了光学信息安全技术相比较传统技术在信息的 传输和保护方面具有得天独厚的优势。

图像作为一种信息载体，具有传递信息量大、具体、生动形象等优点，而 时变信号能够表现出信息在时间上的波动性，振幅和频率都能表征出不同的 内容，相比较图像更具有实时性，它们都是光学信息安全技术的重要形式。 随着人们对于信息安全性的要求逐渐提高，光学信息安全技术因其速度快、 容量大等优势深受研究者们青睐，探索及研发光学信息安全技术，保障图像 和时变信号的安全性具有极高的科研价值和实用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种菲涅尔域算法 和关联成像的多路复用和多图像加密方法，不仅具有较好的安全性而且能够 抵抗噪声、裁剪等攻击，同时也具有较好的加密容量，解决了共享公钥的潜 在风险。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种菲涅尔域 算法和关联成像的多路复用和多图像加密方法，包括：

S1、用菲涅尔域Gerchberg–Saxton算法对单个明文图像进行初次加密；

S2、对各个明文图像重复上述操作，得到多个纯相位函数；

S3、将多个纯相位函数进行相位叠加并且归一化得到组合相位函数；

S4、将组合相位函数作为关联成像加密的明文图像；

S5、利用一系列随机照明散斑对光场进行调制，调制后的光照射到目标 图像上；

S6、利用桶探测器收集并记录下光场强度信息，完成最终的加密。

优选的，所述步骤S1中通过根据图像特征选取不同的菲涅尔衍射距离， 且通过Gerchberg–Saxton算法对每张明文图像进行不同距离的菲涅尔衍射， 针对不同的图像特征，可以获得更优的迭代相位图，通过菲涅尔衍射的距离 复用，实现了“一码一钥”。

优选的，根据叠加图片的张数的增加后进行滤波处理，进而将滤波后的 相位图进行叠加，这样随着叠加的相位图片的增加，依然能够保持一定的信 息量，从一定程度上抑制了图像信息的丢失。

优选的，将迭代后相位图在叠加时乘以一个系数矩阵，用于调整相位图 的灰度值，使得后面叠加的过程中保持各个相位图的信息量，叠加后的图像 不会超出阈值溢出。

优选的，每个图像包括主公钥与辅助私钥，向不同的授权用户发送不同 的密钥。