专利名称：基于对数极坐标变换的多图像加密方法
技术领域：
本发明专利属于信息安全技术领域，特别涉及图像加密技术。
背景技术：
随着全球计算机网络以及多媒体技术的不断发展，人们日益依赖于互联网的信息资源，因此网络信息安全不容忽视。图像作为一种特殊的信息载体，由于其直观形象的特点，成为重要的信息表达手段。在一些特殊领域，比如军事、金融、远程医疗等，图像数据需要经过处理进行保密通信，防止信息的窃取，图像加密也越来越引起人们的重视。但是图像不同于文本信息，图像的数据量较大，信息的冗余度较大，且一幅解密图像有些失真只要不影响视觉也是可以接受的。因此，根据图像的特点，采用特殊的加密算法，开展对图像加密的方案设计具有重要意义。 图像加密的目的是将图像本身的真实信息进行隐藏，使窃取者在截取密文后无法获得原始图像，而授权的接收方可根据预先约定好的密钥和解密方法，对密文进行解密。数字图像加密算法主要分为以下几类基于空间域像素置乱的图像加密技术、基于混沌的图像加密技术、基于变换域的图像加密技术、基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术、基于神经网络和元胞自动机的图像加密技术。由于传统的加密技术受到成本和速度的限制，近年来研究人员根据光学信息处理的优点，结合图像加密技术，提出了一系列的光学图像方案，大大提高了加密的效率以及加密的安全性。光学图像加密技术的本质是通过一定的光学变换和随机密钥扰乱原图像的波前或光强分布，实现图像数据的加密。由于光学信息系统固有的并行处理能力，在进行大量信息处理时，具有明显优势，同时，光学加密装置比电子加密装置具有更多的加密自由度。在完成数据加密和信息隐藏过程中，光学信息系统具有多维、大容量、并行性、高鲁棒性等诸多优势。其中典型的光学图像加密系统是1995年由Refregier和Javidi提出的双随机相位编码系统，该系统在典型的4f光信号处理中，分别在输入平面和傅里叶频谱面加入随机相位掩膜板，用准直相干光照射位于输入平面的原始图像，原始图像依次经过空间域和频率域的两次调制得到加密结果，加密的结果是均匀分布的白噪声。随后，Unnikrishnan等将傅里叶变换域拓展到分数傅里叶变换域,提出了分数傅里叶变换域的双随机相位编码系统，由于没有增加对硬件的额外要求且增加了变换的阶次作为密钥，提高了系统的安全性，分数傅里叶变换在光学图像加密中显示出了一定的优势，随后学者们提出了各种基于分数傅里叶变换的改进方案。为了进一步的提高图像加密的效率，多图像加密成为图像加密领域的一个重点研究方向。多图像加密可以把多幅图像的信息加密到一幅图像中去，通过对加密图像进行解密，可以得到多幅原始图像，这使得多图像加密在图像加密领域变得十分有趣。目前，多图像加密领域主要有基于波长多路复用和位置多路复用的多图像加密技术，基于随机相位匹配的多图像加密技术以及基于分数傅里叶变换的双图像加密等。虽然一些多图像加密算法被相继提出，但是目前的许多算法由于将多幅图像加密到一幅图像中，恢复出的明文之间存在着串扰，大大降低了恢复图像的质量。本发明专利提出基于对数极坐标变换的多图像加密方法。该方法可以较好地恢复图像，避免了图像间串扰，且可以光学实现，提高了加解密效率，另外，根据变换的特点增加了密钥的个数，扩大了密钥的空间，增强了系统的安全性。
发明内容
本发明的目的是将对数极坐标变换引入到多图像加密当中，为多图像加密技术提供了新的途径。本发明结合对数极坐标变换对图像的压缩特性以及光学图像加密技术的优点，设计出具有高速度、并行处理能力的光学多图像加密系统。本发明是通过以下技术方案实现的。
(I)本发明的技术方案是利用对数极坐标对图像数据的压缩特性以及基于分数傅里叶变换的双随机相位编码光学图像加密技术进行多图像的加密。图像的对数极坐标变换是将原图像的围绕中心点的一系列像素圆环对应到对数
极坐标的每一行。图像在笛卡尔坐标系中的某像素点记为可以用如下公式建立起原图与极坐标变换之后的图的映射关系
权利要求
1.一种基于对数极坐标变换和分数傅里叶变换的多图像加密方法，其特征是按如下步骤实现图像加密和图像解密 (1)实现图像加密的步骤如下步骤一设待加密的图像为=，分别对各幅图像进行对数极坐标的逆变换，变换的参数是选取的内外半径的值；通过对数极坐标逆变换可以将各幅图像分别编码到不同环域上，且设定的环域互不重叠；各幅图像经过变换后得到的环域图像为沿匕办友二軋足…,汉，该过程可以表示为
2.根据权利要求I所述的图像加密方法，其特征是加密过程中将分数傅里叶变换的变 换阶次和随机相位模板作为密钥，实施变换环域的内半径和外半径可作为次级密钥。
全文摘要
一种基于对数极坐标变换的多图像加密方法，利用对数极坐标逆变换，将不同的图像编码到不同的环状范围内，不同的环状范围的内外半径互不重叠，将各个环状图像叠加到一起得到一幅图像；以光学方式实现对叠加后的图像进行基于分数傅里叶变换的双随机相位编码加密，其中分数傅立叶变换的变换阶次和随机相位模板作为密钥，实施变换环域的内半径和外半径可作为次级密钥。本发明不仅简单，易操作而且提高了图像的加密效率并具有较好的抗攻击性和较高的安全性。
文档编号G06T1/00GK102800042SQ201210194738
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者周南润, 刘兴斌, 龚黎华, 张文全 申请人:南昌大学