[发明专利]一种基于计算全息的多图像加密装置及算法

说明书

技术领域

本发明涉及信息传输技术领域，具体为一种基于计算全息的多图像加密装置及算法。

背景技术

计算全息是建立在现代光学和数字计算的基础上的，利用计算机编码制作全息图，可以记录光波的相位和振幅，不要求物体实际存在，只需要把物光波的数学描述输入计算机中进行相应的编码，即可以生成所需的全息图，计算全息的这种特性在信息处理中空间滤波的合成、干涉计量中产生特殊的参考波面，三维虚构物体的显示中具有良好的应用。它克服了当前光学加密解密过程中的对实验设备的以来，使全息加密技术实现实时化。计算全息的制作和在线过程主要通过抽样、计算、编码、成图、再现五个步骤，这种制作过程采用数字定量计算、精度高、抗干扰能力强、噪声小、易于复制等优越性特点。针对二位平面物体计算全息图的生成，从衍射理论的全息图计算方法和基于迭代算法的全息图计算方法研究傅里叶迭代和菲涅耳迭代算法生成全息图成为目前研究计算全息的基础。

小波变换是一种复杂的数学变换，可以对原始图像进行时域和频域上的分解，在数字通信领域，小波变换能够将图像进行多层次的分解，将大部分的能量集中在低频部分引起重视，广泛的应用于图像压缩、分类识别、去除噪声等。

随着社会信息迅猛发展的同时，在网络上涉及到的个人隐私、商业集体利益、国家机密的传输时，容易被不法分子利用和破坏，所以信息传输安全的保密性越来越引起广泛的重视，因此科研工作者相继提了各种各样的加密方案，信息图像的安全传输成为研究的热点。现有的加密主要可以分为量子加密、光学加密和计算全息加密。相对于前两者而言，计算全息不同于量子加密，虽然具有极强的保密性，但是在目前研究现状上受到距离的限制，也不同于光学加密，虽然具有并行处理数据、大信息量的特点，但是对实验硬件要求高，而且光路复杂，易受干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于计算全息的多图像加密装置及算法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于计算全息的多图像加密装置，所述加密装置包括输入信号面、第一随机相位板、第二随机相位板和输出信号面，且从左到右分别代表输入面、变换面和输出面。

优选的，所述第一随机相位板、第二随机相位板分别为exp[j2πδ(x,y)]和 exp[j2πε(α,β)]，δ(x,y)和ε(α,β)是均匀分布在[0,1]上的两个独立白噪声序列，平面之间的距离为Z₁和Z₂；加密过程包括以下步骤：待加密图像为f(x,y)，引入波长为λ的入射光垂直照射，放置第一个随机相位板RPM1紧贴输入平面，出射光首先通过第一个随机相位板RPM1加密，经过距离为Z₁的菲涅尔衍射到达∑₁平面通过RPM2的随机相位板加密，再经过距离为Z₂的菲涅尔衍射到达输出平面∑₂，得到加密图像为g(x,y)。

优选的，加密过程采用如下公式表示，其中Frn代表菲涅尔衍射：

g(x,y)＝Frn{Frn{f(x,y)exp[j2πδ(x,y)]；z1}exp[j2πε(α,β)]；z2}

在菲涅尔衍射的解密过程中，由于菲涅尔变换在光学上不存在，所以取 g(x,y)得共轭来进行解密，g^*(x,y)为g(x,y)的共轭，加密与解密的装置一样，只是方向相反，g^*(x,y)经过两次解密后的图像为：

f(x,y)exp[j2πδ(x,y)]＝Frn{Frn[g^*(x,y)；z2]exp[j2πε(α,β)]；z1}

由于f(x,y)是实函数，所以能够用CCD获得图像的光强|f(x,y)|2。

优选的，还包括Arnold置乱加密，其中，Arnold变换的矩阵表示式为：

(x′,y′)是图像中(x,y)的像素变换后的新的位置，x、y为图像的像素坐标 x、y∈{0,1,2…N-1},N为矩阵的维数，反复的进行此变换，即可得到置乱的图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够确保信息安全的情况下清晰的显示图像，光路简单，不需要变换透镜。使用小波变换和菲涅尔双随机相位加密，使得此设计系统具有高并行性和传输性，使用Arnold变换置乱方式的双重加密，大大增加了破解图像的难度，有利于加密全息图的存储和传输。通过实验验证表明，此方法具有良好的鲁棒性，具有很好的加密效果。

附图说明