[发明专利]基于两块二进制掩模的图像认证方法

摘要

一种基于两块二进制掩模的图像认证方法。按如下两大步骤进行：一是加密：原始图像与一随机相位掩模相乘后作逆菲涅尔变换，对变化结果作二值化处理并进一步稀疏化，得到的稀疏分布在两个互补的二元矩阵作用下分解成两块二进制掩模；二是解密与认证：两块二进制掩模分别作菲涅尔变换，变换采用加密时的波长和衍射距离，对变换的结果相加并取振幅后得到的图像即为解密结果，接着将解密图像与原始图像进行对比认证。本发明提出的图像认证方法具有加密结果便于数字存储与传递、解密与认证系统简单以及安全性高的优点。

主权项

1.一种基于两块二进制掩模的图像认证方法，其特征是按如下步骤进行：(1)加密：(i)由光学衍射理论可知，光波场U0(x,y)在传播方向上距离为z处的菲涅耳衍射分布U(x′,y′)数学上可以表示为其中λ为光波波长，k是波数，大小为(x,y)、(x′,y′)分别表示输入平面与菲涅耳衍射输出平面的坐标，式(1)的逆变换可以表示为U0(x,y)＝IFrTz,λ{U(x′,y′)}    (2)其中IFrT{}代表逆菲涅耳变换，f(x′,y′)代表待加密并用于认证的原始图像，exp[i2πα(x′,y′)]是计算机生成的随机相位掩模，α(x′,y′)代表一个尺寸大小与f(x′,y′)相同且在区间[0，2π]上具有均匀概率分布的随机矩阵，对f(x′,y′)与exp[i2πα(x′,y′)]的乘积作波长为λ，传播距离为d的逆菲涅尔变换，即H(x,y)＝IFrTd,λ{f(x′,y′)exp[i2πα(x′,y′)}    (3)(ii)对H(x,y)进行二值化处理，对于其实值部分大于零的元素赋值为1，其他元素则赋值为0，即其中Re{}代表取实值运算，接着对Hb(x,y)进行随机抽取元素操作，生成Hsp(x,y)，即Hsp(x,y)＝SP{Hb(x,y)}    (5)其中SP{}表示随机抽取元素操作，即通过保留Hb(x,y)中被抽取的元素的值，而未被抽取的元素则以零代替，从而生成稀疏函数Hsp(x,y)；(iii)由计算机随机生成一个与Hsp(x,y)尺寸相同，元素值为0和1且两元素值各占50％的二元矩阵M1(x,y)，其互补矩阵为M2(x,y)，即M1和M2之和是元素全为1的矩阵，M1和M2分别与Hb(x,y)相乘，得到两块二进制掩模B1(x,y)和B2(x,y)，即B1(x,y)＝Hsp(x,y)·M1(x,y)    (6)B2(x,y)＝Hsp(x,y)·M2(x,y)    (7)(2)解密与认证：(i)B1(x,y)、B2(x,y)各自作一次波长λ，传播距离为d的菲涅尔变换，变换后的结果相加后取振幅得到解密结果fsp(x′,y′)，即fsp(x′,y′)＝|FrTd,λ{B1(x,y)}+FrTd,λ{B2(x,y)}|    (8)其中| |表示取模；(ii)将原图f(x′,y′)与上一步骤中得到的fsp(x′,y′)进行对比认证，认证采用的非线性相关方法的计算公式包括：c(μ,v)＝FT{fsp(x′,y′)}×{FT{f(x′,y′)}}*    (9)NC(x′,y′)＝|IFT{c(μ,v)|c(μ,v)|ω‑1}|2    (10)其中“*”、FT{}和IFT{}分别表示表示复共轭、傅立叶变换和逆傅立叶变换，(μ,v)表示傅立叶频域的坐标，ω表示非线性的强度，当认证成功时，函数NC(x′,y′)的分布图上会出现相关峰。