基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法
【专利摘要】一种基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法，包括：（1）加密：随机调制信号作为密钥，待加密的图文信息作为明文，将所述密钥与所述明文进行关联成像获取一系列加密后的信息，即密文；（2）传输：信息传输时，传输者和接受者双方共享所述密钥，双方之间传输所述密文；（3）解密：解密时将密钥与密文进行压缩感知计算，重建出明文信息。本发明的加密方法以一次一密的方式分发密钥，密钥的随机性增强了密文的随机性，进而增加了破译的难度。压缩感知算法能够在较少的采样次数下重建出明文，减小了关联计算的计算复杂度，为关联成像光学加密提供了新方法，同时能够在相同的计算次数下传输更多的加密信息。
【专利说明】基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种关联成像加密方法，具体涉及基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法。
【背景技术】
[0002]关联成像光学加密的理论依据是热光的二阶相干性。以关联成像为例，一般的成像方案中，物体透射或反射光场直接携带了物体的空间信息，成像探测与物体不可分离；而关联成像虽然也要求探测物体透射光场或反射光场，但是担任空间分辨测量任务的探测器与物体可以分离。因此，如果携带物体信息的光场受到随机扰乱，用传统成像的方案就很难得到清晰的物体图像；而关联成像则在携带物体信息的光场受到随机扰乱后仍然可以获得清晰的像，因此随机的扰乱并不影响最终的测量结果。关联加密方案主要是将明文加载在待成像的物体上，使得明文扩散在物体的空间分布信息中，并以一次一密的方式分发密钥。密钥的随机性增强了密文的随机性，进而增加了破译的难度。此外，当破坏者对光场进行随机扰动时，不会破坏密文的传输。而关联成像的非定域性，也使得破译者破解的难度加大。
[0003]压缩感知的核心理论主要有两点:一是信号的稀疏性；二是非相干采样。信号的稀疏性:自然界的许多信号在其对应的表达基(也可称作表象)下展开时，信号是稀疏的。这里，稀疏指的是信号在该表达基下展开时，其对应的展开系数(也可理解为权重值)中大部分都是非常小的数值，或是零；只有相对较少的展开系数具有较大的数值，而这些较大数值的系数包含了信号的大部分重要信息。非相干采样指的就是信号测量中所使用的测量基与信号稀疏表达的表达基是非相干的。
[0004]随着计算关联成像方法的出现，关联成像光学加密将随机调制的参考光信息作为密钥，桶探测器测量的物光强度信息作为密文，通过关联计算获取加密的物体信息(明文)。关联计算次数越大，关联计算获取的明文越清晰。因此获取的明文受关联计算次数的影响较大，计算量较大，不利于光学加密的解密。压缩感知算法能够在采样信号次数远低于Nyquist的采样定理要求的采样次数的条件下，很好地恢复出原始信号，为关联成像光学加密解密获取明文提供了可能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足，改进关联成像光学加密性能。
[0006]本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现:
[0008]—种基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法，其特征在于:
[0009](I)加密:随机调制信号作为密钥，待加密的图文信息作为明文，将所述密钥与所述明文进行关联成像获取一系列加密后的信息，即密文；
[0010](2)传输:信息传输时,传输者和接受者双方共享所述密钥,双方之间传输所述密文；
[0011](3)解密:解密时将密钥与密文进行压缩感知计算，重建出明文信息。
[0012]进一步，本发明的基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法还可以具有这样的特征:步骤(I)中，将随机调制的信号仁(X，y)作为密钥，与待加密的明文T(x，y)相乘，获得密文4，所述密文参见式(I);
[0013]Br= / dxdylr(x, y)T(x, y) (I)。
[0014]进一步，本发明的基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法还可以具有这样的特征:步骤(3)中，将所述密钥与所述密文进行压缩感知计算，获得重建明文Tes，所述重建明文参见式(3)，
[0015]Tcs = T\ min T(x, y )j r subject to:
[0016]Br= / dxdylr(x, y)T(x, y) ; Vr = I,----,N(3)，
[0017]式中T(x，y)表示待解密的明文，N是测量次数，小于关联成像加密所需的关联计算次数；
[0018]将T(x，y)组成的矩阵，作为待求的稀疏矩阵；N个随机独立分布的观测矩阵Ir (x, y)组成新矩阵，作为观测算子矩阵；N个测量值&组成的矩阵，作为测量值；
[0019]计算T(x，y)组成的矩阵的最小L1范数表示，就可以获取重建明文Tes。
[0020]本发明的有益效果:
[0021]本发明采 用压缩感知算法代替关联计算重建出明文信息。该加密方法以一次一密的方式分发密钥，密钥的随机性增强了密文的随机性，进而增加了破译的难度。当破译者截取部分密钥和密文时，由于计算次数较少以及不能获知密文和密钥的对应关系不能重建明文。
[0022]本发明能够在采样信号次数远低于Nyquist的采样定理要求的采样次数的条件下，很好地恢复出明文信息。在相同的计算条件下，基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法重建明文的信息远大于关联成像光学加密方法重建明文的信息，简化了计算工作量。同时在相同的计算条件下，能够传输更多的加密信息，提高了传输的信息量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的原理框图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
[0025]下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或厂商提供的条件进行。
[0026]密钥为一系列随机调制信号。明文为待加密的图文信息。密文为进行关联成像获取一系列加密后的信息。
[0027]实施例
[0028]现有技术，关联成像光学加密方法如下:[0029]将随机调制的信号IJx，y)作为密钥，与待加密的明文T(x，y)相乘，获得密文4，密文由式(I)获取。解密过程如下:将密钥与密文进行关联计算，重建明文G (x，y)，重建获取明文由式(2)获取。
[0030]Br = / dxdylr(X，y)T(x, y) (I)
[0031]
[0032]
【权利要求】
1.一种基于压缩感知原理的关联成像光学加密方法，其特征在于: (1)加密:随机调制信号作为密钥，待加密的图文信息作为明文，将所述密钥与所述明文进行关联成像获取一系列加密后的信息，即密文； (2)传输:信息传输时，传输者和接受者双方共享所述密钥，双方之间传输所述密文； (3)解密:解密时将密钥与密文进行压缩感知计算，重建出明文信息。
2.根 据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，将随机调制的信号IJx，y)作为密钥，与待加密的明文T(x，y)相乘，获得密文4，所述密文参见式(I);
Br= / dxdylr(x, y)T(x, y) (I)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)中，将所述密钥与所述密文进行压缩感知计算，获得重建明文Tes，所述重建明文参见式(3)， Tcs = r；min Ir(XJ)Ii subject to: B1 = f dxdylr(x, y)T(x, y) ; V/ 二 I,….，N(3)， 式中T(x，y)表示待解密的明文，N是测量次数，小于关联成像加密所需的关联计算次数。
【文档编号】H04N1/32GK103428399SQ201210224370
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】张雷洪, 刘戈, 于尔 申请人:上海理工大学