基于两块二进制掩模的图像认证方法技术

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于两块二进制掩模的图像认证方法，属于信息安全

技术介绍
随着计算机技术与互联网的快速发展，信息的存储、传播和交换已经变得非常迅速和便捷，如何保证这些信息的安全也由此成为一项摆在各国相关领域科研人员面前的重要课题。由于光学信息安全系统具有高并行度、多自由度、大容量等优点，近年来受到了研究人员的广泛关注。其中，针对基于4f光学系统的双随机相位编码技术和相位恢复算法加密技术的研究最为热门。双随机相位编码技术是由美国的P.Réfrégier和B.Javidi两位专家在1995年提出。该技术已经获得美国专利保护。Johnson和Brasher则在1996年首次将相位恢复算法用于光学图像加密，将图像信息隐藏到两块相位掩模中。最近，这两种技术又被应用到了图像认证技术的研究中。光学加密和认证的结合进一步提升了系统的安全性。但基于双随机相位编码技术和基于相位恢复算法加密技术的认证系统在其认证过程中大都需要使用多块相位掩模，在实际操用中则一般采用多个空间光调制器的级联实现多相位的显示和调制，因此这些系统往往结构复杂、硬件成本高且灵活性低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供基于两块二进制掩模的图像认证方法。解决上述技术问题采用如下技术措施：基于两块二进制掩模的图像认证方法按如下步骤进行：(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 U ( x ′ , y ′ ) = FrT z , λ { U 0 ( x , y )本文档来自技高网...

【技术保护点】
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U(x′,y′)=FrTz,λ{U0(x,y)}=exp(jkz)jλz∫∫-∞∞U0(x,y)exp{jπλz[(x′-x)2+(y′-y)2]}dxdy---(1)]]>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′)的分布图上会出现尖锐的相关峰。...

【技术特征摘要】
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 U ( x ′ , y ′ ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小刚，周国泉，戴朝卿，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33