基于压缩全息的彩色图像加密系统及加密解密方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于压缩全息的彩色图像加密系统及加密解密方法，属于光学图像加密【技术领域】。所述系统包括：激光器，第一和第二反射镜，扩束准直系统，分束器，第一、第二、第三和第四空间光调制器，第一、第二和第三随机相位板，高速图像采集设备，计算机。首先提取彩色图像三个通道的灰度图像并将其放置在距CCD不同距离的位置上作为需要加密的物信息，三个随机相位板紧贴在三张灰度图像后用来调制含有物信息的光束，这三个光束经过合束棱镜与参考光干涉生成全息图，将三个通道灰度图同时加密在一张全息图上。最后利用TwIST算法进行解密并进行彩色图片合成。本发明可单次曝光实现彩色图像的加密，提高了加密效率和加密信息的保密程度。
【专利说明】基于压缩全息的彩色图像加密系统及加密解密方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学图像加密技术，具体涉及一种基于压缩全息的彩色图像加密系统及加密解密方法。
【背景技术】
[0002]随着信息高速公路的建设和计算机科学与技术的发展，在追求信息快速传递的过程中保证信息安全的重要性逐渐突出。由于光学信息处理的并行性、快速性以及能够提供多种加密维数的优势，运用光学方法对图像进行加密一直是图像加密技术的一个重要研究方面。
[0003]自Philippe Refregier和Bahram Javidi提出利用双随机相位板对图像进行加密后，光学图像加密技术得到广泛关注与快速发展。但是由于获得随机相位板的复共轭存在困难，并且复函数密钥本身也不利于传输，Enrique Tajahuerce首先提出了利用全息技术进行光学图像加密，利用全息技术的特点对图像进行加密，并且加密后的全息图为实函数可以直接用于传输。由于彩色图像更加美观和真实，所以彩色图像加密技术也得到快速发展。Chen和Zhao在菲涅尔全息的基础上利用波长复用实现彩色图像的加密工作。最近他们又在菲涅尔传播和数字全息基础上提出彩色信息的编码与合成。2013年，Wang和Zhao利用相切技术实现了灰度图片与彩色图片的非对称加密。随着David J.Brady利用压缩感知理论来解释全息图记录过程，压缩全息成为一种新型的数字全息理论。因此，Hong Di提出基于压缩全息的多图像加密技术，待加密图像经小波变换稀疏化后利用扫描全息将多幅图片加密在全息图中。随着光学图像加密技术的不断发展，大量加密技术也被用于彩色图像的加密。但大多是对三个通道的图像分别进行加密后合成一张加密图片，在解密过程中需要再将三个通道的加密图像分开后分别解密，然后再合成彩色图像。这一问题将大大限制彩色图片的加密效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于压缩全息的彩色图像加密系统及加密解密方法，将彩色图像的三个通道灰度图提取出来同时加密在一张全息图上，实现单次曝光加密彩色图像的工作。
[0005]为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
[0006]本发明是将彩色图像的三个通道的灰度图像提取出来后，放置在距离CCD不同距离的位置上作为需要加密的物信息，三个随机相位板紧贴在三张灰度图像后用来调制含有物信息的光束，这三个光束经过合束棱镜与参考光干涉生成全息图，实现三个通道灰度图同时加密在一张全息图上，从而达到单次曝光加密彩色图像的目的。全息图生成过程可以用压缩感知理论来进行解释，则图像的解密可以看成是一个反问题的求解过程。利用TwIST算法进行图像重建。最后将重建的三个通道灰度图合成为一幅彩色图像，完成一幅彩色图像的解密工作。[0007]—种基于压缩全息的彩色图像加密系统，包括:激光器，第一和第二反射镜，扩束准直系统，分束器，第一、第二、第三和第四空间光调制器，第一、第二和第三随机相位板，高速图像采集设备，计算机。激光器发出的光经过第一反射镜反射后，依次经过扩束系统和准直透镜后成为平行光，通过三个分束器分束后分成四束光波:其中三束光波依次经过三个空间光调制器(分别加载彩色图像的三个通道灰度图)和三个随机相位板，经过调制的光束经合束棱镜合束后被投射在高速图像采集设备上，成为全息记录的物光；另一束经过空间光调制器(分别加载O、π/2、π和3π/2的相位延迟)实现相位调制，成为全息记录的参考光。最后，物光与参考光干涉生成全息图被高速图像采集设备记录。
[0008]所述高速图像采集设备是以CXD或者CMOS为图像传感器的相机探测器。
[0009]所述第一、第二和第三空间光调制器为透射式振幅型空间光调制器。
[0010]所述第四空间光调制器为反射式相位型空间光调制器。
[0011]所述第一、第二和第三随机位相板互不相关。
[0012]利用所述图像加密系统对图像进行加密与解密的方法包括以下步骤:
[0013]步骤I，加密过程。
[0014]步骤1.1，提取彩色图像的三个通道灰度图。
[0015]步骤1.2，设置物光路:将三张灰度图分别加载在第一、第二和第三空间光调制器上。第一、第二和第三随机相位板用来调制含有物信息的光束相位。
[0016]步骤1.3，设置参考光路:参考光路中的第四空间光调制器分别加载不同相位，分别产生O、/2、π和3 π /2的相位延迟，高速图像采集设备记录带有不同相移的4幅全息图。
[0017]步骤1.4,利用四步相移方法获得复值全息图。
[0018]步骤2，解密过程一TwIST算法。
[0019]步骤2.1,图像初始化:令X0为一个O向量,迭代次数t为I,迭代停止次数为N。
[0020]步骤2.2，将X。代入目标函数
【权利要求】
1.基于压缩全息的彩色图像加密系统，其特征在于包括:激光器(I)，第一反射镜(2)，扩束系统(3)，准直透镜(4)，分束器(5)，分束器(6)，分束器(7)，第四空间光调制器(8)，第一空间光调制器(9)，第一随机相位板(10)，第二空间光调制器(11)，第二随机相位板(12)，第三空间光调制器(13)，第三随机相位板(14)，第二反射镜(15)，分束器(16)，分束器(17)，分束器(18)，高速图像采集设备(19);激光器(I)发出的光经过第一反射镜(2)反射后，依次经过扩束系统⑶和准直透镜⑷后成为平行光，通过分束器(5)、(6)和(7)分束后分成四束光波:其中三束分别依次经过空间光调制器(9)、(11)、(13)和随机相位板(10)、(12)、(14)后，经过调制后的光束经过反射镜(15)，分束器(16)、(17)、(18)，成为全息记录的物光；另一束经过空间光调制器(8)分别加载O、π/2、π和3π/2的相位延迟，实现相位调制，成为全息记录的参考光；最后物光与参考光干涉生成全息图被高速图像采集设备记录。
2.根据权利要求1所述的基于压缩全息的彩色图像加密系统，其特征在于，所述高速图像采集设备(19)是以CCD或者CMOS为图像传感器的相机探测器。
3.根据权利要求1所述的基于压缩全息的彩色图像加密系统，其特征在于，所述第一、第二和第三空间光调制器为透射式振幅型空间光调制器。
4.根据权利要求1所述的基于压缩全息的彩色图像加密系统，其特征在于，所述第四空间光调制器(8)为反射式相位型空间光调制器。
5.根据权利要求1所述的基于压缩全息的彩色图像加密系统，其特征在于，所述第一、第二和第三随机位相板互不相关。
6.应用权利要求1所述系统进行加密解密的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，加密； (1)设置物光路:在多光束干涉仪的每个物光光路上依次紧贴放置第一空间光调制器(9)和第一随机相位板(10)，第二空间光调制器(11)和第二随机相位板(12)，第三空间光调制器(13)和第三随机相位板(14)； (2)设置参考光路:在干涉仪的参考光光路上放置第四空间光调制器(8)； (3)分别在空间光调制器(9)、(11)、(13)上加载从彩色图片中提取出的三个通道灰度图； (4)参考光路中，在空间光调制器(8)上加载不同相位，产生O、π/2、π和3π/2的相位延迟，利用高速图像采集设备(19)记录这4张全息图； (5)利用四步相移方法获得加密后的复值全息图，实现单次曝光加密彩色图像的工作； 步骤2，采用TwIST算法解密； (1)图像初始化Xtl= 0，迭代次数t为1，迭代停止次数为N ； (2)将X。代入目标函数
7.根据权利要求6所述的加密解密方法，其特征在于，为了保证加密效果，设置光路时所述随机相位板能够覆盖住空间光调制器上全部信息。
【文档编号】G03H1/12GK104007649SQ201410242786
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】杨京寰, 万玉红, 吴凡, 满天龙 申请人:北京工业大学