[发明专利]基于沃尔什变换和计算鬼成像的多图像加密和解密方法

说明书

本发明公开了一种基于沃尔什变换和计算鬼成像的多图像加密和解密方法，包括加密：通过对多幅明文图像进行沃尔什‑哈达玛压缩变换，选择一些有效像素进行Arnold置乱变换，然后使用的物面光强，依次载入计算鬼成像光路中并将目标图像加密成密文序列；二是解密：在解密过程中，具有正确密钥集通过测量密钥恢复、压缩算法重建、逆Arnold变换和逆沃尔什‑哈达玛变换成功地解密出对应的明文图像。本发明提出的图像加密方法具有加密运算简单、解密效率高和安全性高的优点。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及一种基于沃尔什变换和计算鬼成像的多图像加密和解密方法。

背景技术

近年来，信息技术的发展给人们带来了极大的便利，但与此同时，信息安全也给我们带来了严峻的挑战。一些用于信息安全的光学方法，例如光学图像加密、图像隐藏和身份验证等受到越来越多的关注。其中，基于4f系统的光学双随机相位编码技术的应用较为广泛。不过双随机相位编码技术在加密过程中需要同时记录信息的振幅和相位，加密效率和解密效率都不高。

鬼成像是一种基于分离但相关的光场之间相互关联的新型成像技术。传统的鬼成像通常使用大量的随机斑点图像进行照明和图像重建，成像质量通常与随机斑点的数量成正比。由于其物理优势，鬼成像已被用于图像加密，它使用一个没有空间分辨率的桶探测器记录一系列密文序列。2010年，Clemente和Durán利用计算鬼成像算法将图像信息加密到桶探测器中，使用经典的鬼成像关联算法完成解密。

目前基于鬼成像的加密方法大都采用大量的随机相位作为密钥将图像加密，解密时则采用光学手段。由于这些方法需要对大量随机相位进行保存、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。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于沃尔什变换和计算鬼成像的多图像加密和解密方法。本发明能够有效进行多图像加密，具有加密运算简单、解密效率高和安全性高的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：基于沃尔什变换和计算鬼成像的多图像加密和解密方法，其特征在于：包括加密步骤：

S1、对多图像进行沃尔什-哈达玛变换得到压缩后的稀疏图像，提取所有稀疏图像中能量集中部分的像素组成像素集，按照回字形的索引序列将像素集重组得到重组图像；

S2、对重组图像进行取符号操作后得到包含各像素的符号矩阵，再对符号矩阵进行常数分解，获得一组振幅板对，将振幅板对进行菲涅耳衍射生成物面光强；

S3、对重组图像进行取绝对值操作，得到包含各个像素绝对值的矩阵，再对绝对值矩阵做一次Arnold置乱变换得到目标图像；

S4、将目标图像作为计算鬼成像系统的输入图像，利用物面光强分别投射目标图像得到强度对，计算强度对之间的差值后得到一个强度值，组合所有的强度值构成密文序列，完成加密；

解密步骤：

将物面光强重新排列成相应的行向量对，计算行向量对之间的差值获得行向量，行向量按照序号自上至下依次排列组成测量矩阵，并和密文序列执行压缩感知重建算法来恢复目标图像，最后使用逆 Arnold变换并按照回字形像素索引序列还原图像，完成解密。

上述的基于沃尔什变换和计算鬼成像的多图像加密和解密方法，所述步骤S2中振幅板对的获得的公式如下：

式中：P_W⁺和P_W^-分别是两个仅由0和1组成振幅板对；IWHT[]代表沃尔什-哈达玛逆变换，(m,n),(x₀,y₀)分别表示沃尔什-哈达玛逆变换前后的空域坐标，δ_W(m,n)为二维冲激函数，