结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法技术

本发明专利技术涉及图像信息安全和光信息处理技术领域，为提出图像加密方法，实现有效抵抗暴力攻击、统计攻击、以及噪声攻击等。本发明专利技术采用的技术方案是，结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法，具体步骤如下：1)图像加密部分：待加密的图像首先在入射光的照射下进行菲涅耳变换，再被第一块随机相位掩模调制，然后进行第一次线性正则变换；经第一次线性正则变换后，再被第二块随机相位掩模调制，然后进行第二次线性正则变换；经菲涅耳变换、两次线性正则变换及两次随机相位掩模调制后，就可以得到加密后的类噪声图像；2)图像解密部分：得到解密后的图像。本发明专利技术主要应用于图像信息安全和光信息处理场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像信息安全和光信息处理
，尤其涉及一种结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法。
技术介绍
数字图像作为当前最流行的多媒体形式之一，在政治、经济、军事、教育等领域有着广泛的应用。在互联网技术高度发达的今天，如何保护数字图像免遭篡改、非法复制和传播具有重要的实际意义。对图像加密技术的研究已成为当前信息安全领域的热点之一。光学信息处理技术以其高处理速度、高并行度、能快速实现卷积和相关运算等优点，在图像加密研究领域引起了人们的极大兴趣(见文献[1])。在光学图像加密技术中，最具有代表性的是Javidi等提出的双随机相位编码技术(见文献[2])。菲涅耳变换域中的光学图像加密也得到了研究者的广泛关注(见文献[3])。此外，作为一种广义的分数傅里叶变换，线性正则变换也可用于光学图像加密中(见文献[4])。然而，大多数基于双随机相位编码技术的光学图像加密方法中，当待加密的图像为实值图像时，第一块随机相位掩模不能作密钥(见文献[5])。参考文献：[1]O.Matoba,T.Nomura,E.Perez-Cabre,M.Millan,andB.Javidi,Opticaltechniquesforinformationsecurity,ProceedingsofIEEE2009,97:1128-1148[2]P.RéfrégierandB.Javidi,OpticalimageencryptionbasedoninputplaneandFourierplanerandomencoding,Opt.Lett.,1995,20:767-769[3]S.Yuan,Y.Xin,M.Liu,S.Yao,andX.Sun,Animprovedmethodtoenhancethesecurityofdoublerandom-phaseencodingintheFresneldomain,Opt.LaserTechnol.,2012,44:51-56[4]A.Sahin,H.Ozaktas,D.Mendlovic,OpticalimplementationsoftwodimensionalfractionalFouriertransformsandlinearcanonicaltransformswitharbitraryparameters.AppliedOptics,1998,37:2130-41[5]A.Sinha,K.Singh,ImageencryptionbyusingfractionalFouriertransformandjigsawtransforminimagebitplanes.OpticalEngineering,2005,44:057001。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出图像加密方法，实现有效抵抗暴力攻击、统计攻击、以及噪声攻击等。本专利技术采用的技术方案是，结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法，具体步骤如下：1)图像加密部分：待加密的图像首先在入射光的照射下进行菲涅耳变换，再被第一块随机相位掩模调制，然后进行第一次线性正则变换；经第一次线性正则变换后，再被第二块随机相位掩模调制，然后进行第二次线性正则变换；经菲涅耳变换、两次线性正则变换及两次随机相位掩模调制后，就可以得到加密后的类噪声图像；2)图像解密部分：将加密后的图像作为解密过程的输入图像，输入图像首先进行第二次线性正则变换的逆变换，然后被第二块随机相位掩模的复共轭调制；经调制后，再进行第一次线性正则变换的逆变换，然后被第一块随机相位掩模的复共轭调制；经调制后，再进行逆菲涅耳变换，就可以得到解密后的图像。本专利技术一个具体实施例中具体步骤是，(1)图像加密部分：假设待加密的图像为U0(x0,y0)，则经距离为z的菲涅耳衍射后，其数学表达式为：其中，U1(x1,y1)为第一块随机相位掩膜前携带图像信息的物光波；(x1,y1)为第一块随机相位掩膜所处位置的坐标，(x0,y0)为原图像所处位置的坐标；λ为物光波的波长，j为虚数单位，π表示圆周率；将上式重写为如下形式：U1(x1,y1)＝FrTλ,z[U0(x0,y0)].(2)其中，FrTλ,z[·]表示距离为z的菲涅耳变换；经菲涅耳变换后的图像被第一块随机相位掩模exp[jφ(x1,y1)]调制，然后进行第一次线性正则变换；经第一次线性正则变换后，再被第二块随机相位掩模调制，然后进行第二次线性正则变换，得到加密后的图像U(x,y)：其中，φ(x1,y1)为第一块随机相位掩膜的相位函数，(x1,y1)为第一块随机相位掩膜所处位置的坐标；为第二块随机相位掩膜的相位函数，(x2,y2)为第二块随机相位掩膜所处位置的坐标；LCTα,β,γ{·本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法，其特征是，具体步骤如下：1)图像加密部分：待加密的图像首先在入射光的照射下进行菲涅耳变换，再被第一块随机相位掩模调制，然后进行第一次线性正则变换；经第一次线性正则变换后，再被第二块随机相位掩模调制，然后进行第二次线性正则变换；经菲涅耳变换、两次线性正则变换及两次随机相位掩模调制后，就可以得到加密后的类噪声图像；2)图像解密部分：将加密后的图像作为解密过程的输入图像，输入图像首先进行第二次线性正则变换的逆变换，然后被第二块随机相位掩模的复共轭调制；经调制后，再进行第一次线性正则变换的逆变换，然后被第一块随机相位掩模的复共轭调制；经调制后，再进行逆菲涅耳变换，就可以得到解密后的图像。

【技术特征摘要】
1.一种结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法，其特征是，具体步骤如下：1)图像加密部分：待加密的图像首先在入射光的照射下进行菲涅耳变换，再被第一块随机相位掩模调制，然后进行第一次线性正则变换；经第一次线性正则变换后，再被第二块随机相位掩模调制，然后进行第二次线性正则变换；经菲涅耳变换、两次线性正则变换及两次随机相位掩模调制后，就可以得到加密后的类噪声图像；2)图像解密部分：将加密后的图像作为解密过程的输入图像，输入图像首先进行第二次线性正则变换的逆变换，然后被第二块随机相位掩模的复共轭调制；经调制后，再进行第一次线性正则变换的逆变换，然后被第一块随机相位掩模的复共轭调制；经调制后，再进行逆菲涅耳变换，就可以得到解密后的图像。2.如权利要求1所述的结合菲涅耳变换和线性正则变换的光学图像加密方法，其特征是，一个具体实施例中具体步骤是，(1)图像加密部分：假设待加密的图像为U0(x0,y0)，则经距离为z的菲涅耳衍射后，其数学表达式为：U1(x1,y1)=exp(j2πz/λ)jλz∫...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晨，苏永钢，李碧原，谷帆，程佳佳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12