[发明专利]基于无透镜无干涉编码孔径相关全息术的多图像加密方法

权利要求书

1.基于无透镜无干涉编码孔径相关全息术的多图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，利用无透镜无干涉编码孔径相关全息LI-COACH(Lensless InterferencelessCoded Aperture Correlation Holography)系统，结合G-S(Gerchberg-Saxton)算法生成的四个不同的编码相位掩膜CPM(Coded Phase Mask)，生成四个不同的点扩散全息图PSH(Point Spread Hologram)；

步骤二，将四个不同的点扩散全息图合成，得到一个合成PSH；

步骤三，利用整数提升小波变换提取多幅图像的有效信息并整合为一幅图像；

步骤四，分别采用上述构造PSH时使用的四个不同的CPM对合成图像进行加密，得到四个不同的加密图像；

步骤五，将四幅不同的加密图像合成，得到最终的加密图像；

步骤六，用步骤二中生成的合成PSH以及步骤五中的合成加密图像，使用自适应相位滤波重建算法进行数字解密；

步骤七，通过整数提升小波逆变换分别重建出各幅图像。

2.如权利要求1所述的基于无透镜无干涉编码孔径相关全息术的多图像加密方法，其特征在于，生成所述合成PSH以及合成加密图像的具体过程如下：

利用所述LI-COACH系统，首先在物平面放置一个针孔，非相干光经过针孔后衍射到SLM(Spatial Light Modulator)所在平面，经所述SLM上加载的由所述G-S算法生成的所述CPM调制后被图像传感器接收，得到所述PSH；

本方法采用四个不同的CPM生成四个PSH，然后再将四个不同的PSH合成，得到一个合成PSH作为最重要的密钥，其公式描述为：

其中：(x,y)是接收平面复振幅分布的空间坐标，H₁(x,y)是合成PSH，P_k(x,y)是使用不同CPM合成的点扩散全息图，k是CPM的序号(k＝1、2、3和4)，i是复数符号；

用经所述整数提升小波变换合成的图像替代针孔，将上述构造所述PSH时使用的四个不同的CPM轮流置于系统内，分别对图像进行四次加密，得到四个不同的加密图像；经过系统后所述图像传感器接收到的加密图像的强度分布为O_k(x,y)，O_k(x,y)描述为：

O_k(x,y)＝I_obj(x,y)*P_k(x,y)

其中：I_obj(x,y)为经整数提升小波变换合成的图像，*为卷积运算；

为了方便计算，将其转换到频域进行运算，加密后的图像也可以描述为：

其中：和分别为I_obj(x,y)和P_k(x,y)的傅里叶变换，F^-1[·]为傅里叶逆变换；由O_k(x,y)合成最终的密文图像H₂(x,y)，其公式描述为：

3.如权利要求1所述的基于无透镜无干涉编码孔径相关全息术的多图像加密方法，其特征在于，所述自适应相位滤波重建算法重建图像具体过程如下：

用作为关键密钥的所述合成点扩散全息图H₁(x,y)和对应的所述密文图像H₂(x,y)，使用所述自适应相位滤波重建算法对图像进行解密，其公式描述为：

其中：I_dep(x,y)为解密图像，和分别为H₂(x,y)和H₁(x,y)的傅里叶变换，为H₁(x,y)的傅里叶变换的实部，ξ_o是信号功率，ξ_n是噪声功率，arg(·)为复数幅角；

一般来说，参数中的所述信号功率ξ_o和噪声功率ξ_n是未知的；为了在不同条件下快速自适应地确定ξ_o/ξ_n的值，需要参考重建图像；利用非线性重建NLR(Nonlinearreconstruction)获得参考重建图像，从而计算ξ_o/ξ_n的值，进而ξ_o/ξ_n可以表达为下式：

所述NLR重建获得参考图像的公式为：

其中：o和p为H₂(x,y)和H₁(x,y)的频域振幅的调整参数，并且其参数调整范围分别为-1≤o≤1和-1≤p≤1；

当f_re主要的参数的o和p为1时，可以认为是目标信号；当f_re主要的参数o和p为0时,避免了o和p的优化过程；当ξ_o/ξ_n如上式定义时，可以快速得到重建质量很好的图像。