本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種多圖像加解密方法及計算機可讀存儲介質(zhì)。
背景技術(shù):
圖像是視覺信息表達的一種物理形式,伴隨著手機、平板電腦、數(shù)碼相機、攝像機等各種便攜式設(shè)備在現(xiàn)代社會的日益普及以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字圖像的獲取和傳輸變得更加便捷,但由此也帶來了圖像的安全性問題,為了實施對圖像內(nèi)容的保護,用于將明文轉(zhuǎn)換為密文的圖像加密技術(shù)是一種重要的保護實施途徑,與之相關(guān)的信息安全理論和方法也得到了迅速發(fā)展,創(chuàng)新性的理論和方法不斷涌現(xiàn)。在眾多的圖像加密方法中,基于信息光學(xué)理論與方法的加密技術(shù)成為圖像加密領(lǐng)域的一個重要分支,與基于數(shù)學(xué)的計算機密碼學(xué)相比,光學(xué)密碼技術(shù)在維度、信息量、自由度及并行數(shù)據(jù)處理能力等方面表現(xiàn)出更多優(yōu)勢。在圖像加密方法中結(jié)合虛擬光學(xué)系統(tǒng)中光信息變換或處理方法能夠為原始圖像提供更好的安全性和魯棒性。而為了擴大加密圖像容量的多圖像加密技術(shù)在多用戶身份認(rèn)證、內(nèi)容分發(fā)、多重水印等領(lǐng)域更具有良好的應(yīng)用前景。
虛擬光學(xué)圖像加密方法中,雙隨機相位編碼方案被廣泛使用,是一種常用的加密方法,由refrgier和javidi首次提出,通過在輸入平面和傅里葉頻譜面各放置一個互不相關(guān)的隨機相位模板實現(xiàn)對輸入圖像加密的目的。將雙隨機相位編碼結(jié)合復(fù)用技術(shù)可實現(xiàn)多圖像加密,如距離復(fù)用、波長復(fù)用等,與基于迭代的多圖像加密方法相比基于復(fù)用的方法算法簡單,解密質(zhì)量高,也更易實現(xiàn)從算法到芯片電路的映射。但信息復(fù)用將存在干擾問題,影響了解密圖像質(zhì)量。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種多圖像加解密方法及計算機可讀存儲介質(zhì),可實現(xiàn)多圖像加密并具有較高的安全性和穩(wěn)健性。
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種多圖像加密方法,包括:
分別對多個待加密圖像進行置亂;
將置亂后的多個待加密圖像分別放置于預(yù)設(shè)的虛擬三維物體不同深度的截面上;
根據(jù)預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板、預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到預(yù)設(shè)的第一觀測平面的距離,對各截面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波;
計算所述各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波的和,得到第一觀測平面的物光波;
根據(jù)預(yù)設(shè)的第二隨機相位模板、預(yù)設(shè)的第二光波長以及第一觀測平面到預(yù)設(shè)的第二觀測平面的距離,對第一觀測平面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到第二觀測平面的物光波;
將所述第二觀測平面的物光波共軛對稱排列后,進行傅里葉逆變換,得到實值編碼加密圖像。
本發(fā)明還涉及一種基于如上所述的多圖像加密方法的多圖像解密方法,包括:
對實值編碼加密圖像進行傅里葉變換,得到復(fù)數(shù)形式的物光波;
根據(jù)第二光波長以及第二觀測平面到第一觀測平面的距離,對所述物光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到菲涅耳逆衍射光波;
分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波;
根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像;
對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像。
本發(fā)明還涉及一種計算機可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計算機程序,所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)以下步驟:
分別對多個待加密圖像進行置亂;
將置亂后的多個待加密圖像分別放置于預(yù)設(shè)的虛擬三維物體不同深度的截面上;
根據(jù)預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板、預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到預(yù)設(shè)的第一觀測平面的距離,對各截面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波;
計算所述各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波的和,得到第一觀測平面的物光波;
根據(jù)預(yù)設(shè)的第二隨機相位模板、預(yù)設(shè)的第二光波長以及第一觀測平面到預(yù)設(shè)的第二觀測平面的距離,對第一觀測平面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到第二觀測平面的物光波;
將所述第二觀測平面的物光波共軛對稱排列后,進行傅里葉逆變換,得到實值編碼加密圖像。
本發(fā)明的有益效果在于:將待加密圖像先進行置亂加密處理后再將置亂后的圖像放置于虛擬三維物體的各個截面上,然后再經(jīng)過隨機相位模板調(diào)制以及兩次菲涅耳衍射,能量被重新分配,將得到平穩(wěn)的復(fù)值信號,最后將復(fù)值信號轉(zhuǎn)為實值信號,即得到加密圖像;本發(fā)明可實現(xiàn)多圖像加密并具有較高的安全性和穩(wěn)健性,解密圖像可以在重建像面的全部區(qū)域無干擾非插值可控重建,重建像質(zhì)量較高并具有良好的邊緣保持特性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例一的多圖像加密方法的流程圖;
圖2為本發(fā)明實施例一的方法原理示意圖;
圖3a為本發(fā)明實施例一的四幅原始圖像示意圖;
圖3b為本發(fā)明實施例一的圖3a經(jīng)arnold變換置亂后的圖像示意圖;
圖3c為本發(fā)明實施例一的圖3b置亂后的圖像在虛擬三維物體四個不同深度截面上的分布示意圖;
圖4為本發(fā)明實施例二的多圖像解密方法的流程圖;
圖5為本發(fā)明實施例二的步驟s206-s208的原理示意圖;
圖6為本發(fā)明實施例二的重建像面的解密圖像示意圖;
圖7a為圖6中第二個截面像面濾波后的解密圖像示意圖;
圖7b為圖7a的解密圖像對應(yīng)的虛擬面光源衍射光波示意圖;
圖7c為圖7a的解密圖像的4×4倍非插值放大重建像;
圖8a為本發(fā)明實施例三的解密圖像示意圖;
圖8b為圖8a的局部圖像示意圖;
圖8c為圖8b非插值放大32×32倍后圖像及canny算子邊緣檢測效果示意圖;
圖8d為圖8b雙線性插值放大32×32倍后圖像及canny算子邊緣檢測效果示意圖。
具體實施方式
為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實現(xiàn)目的及效果,以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。
本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:將待加密圖像置于不同截面上;對解密圖像進行非插值可控重建。
請參閱圖1,一種多圖像加密方法,包括:
分別對多個待加密圖像進行置亂;
將置亂后的多個待加密圖像分別放置于預(yù)設(shè)的虛擬三維物體不同深度的截面上;
根據(jù)預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板、預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到預(yù)設(shè)的第一觀測平面的距離,對各截面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波;
計算所述各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波的和,得到第一觀測平面的物光波;
根據(jù)預(yù)設(shè)的第二隨機相位模板、預(yù)設(shè)的第二光波長以及第一觀測平面到預(yù)設(shè)的第二觀測平面的距離,對第一觀測平面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到第二觀測平面的物光波;
將所述第二觀測平面的物光波共軛對稱排列后,進行傅里葉逆變換,得到實值編碼加密圖像。
從上述描述可知,本發(fā)明的有益效果在于:可實現(xiàn)多圖像加密并具有較高的安全性和穩(wěn)健性。
進一步地,所述“分別對多個待加密圖像進行置亂”具體為:
分別對多個待加密圖像進行arnold變換置亂。
由上述描述可知,通過arnold變換置亂實現(xiàn)加密效果,且算法簡單并具有周期性。
進一步地,所述不同深度的截面上放置的待加密圖像在空間位置上錯開;
所述對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板之間互不相同;
所述對應(yīng)各截面的第一光波長之間互不相同
由上述描述可知,通過空間位置的錯開,以減少其他截面在一截面上的解密圖像所在的重建像面所形成的衍射干擾;對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板不同、對應(yīng)各截面的第一光波長不同,可提高不同截面加密圖像之間的不可見性。
本發(fā)明還提出一種基于如上所述的多圖像加密方法的多圖像解密方法,包括:
對實值編碼加密圖像進行傅里葉變換,得到復(fù)數(shù)形式的物光波;
根據(jù)第二光波長以及第二觀測平面到第一觀測平面的距離,對所述物光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到菲涅耳逆衍射光波;
分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波;
根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像;
對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像。
進一步地,所述“對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像”之后,進一步包括:
對一截面的解密圖像進行濾波;
根據(jù)所述一截面到第一觀測平面的距離,對濾波后的解密圖像進行菲涅耳逆衍射計算,得到虛擬面光源衍射光波;
將所述虛擬面光源衍射光波乘以預(yù)設(shè)的球面波后,根據(jù)預(yù)設(shè)的距離進行菲涅耳衍射計算,得到所述一截面的放大后的解密圖像。
由上述描述可知,解密圖像可以在重建像面的全部區(qū)域無干擾非插值可控重建,重建像質(zhì)量較高并具有良好的邊緣保持特性。
進一步地,所述“分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波”具體為:
將所述菲涅耳逆衍射光波乘以第二隨機相位模板的復(fù)共軛后,分別根據(jù)對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波。
進一步地,所述“根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像”具體為:
將各截面的菲涅耳逆衍射光波乘以對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板的復(fù)共軛,得到各截面的重建像。
本發(fā)明還提出一種計算機可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計算機程序,所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)以下步驟:
分別對多個待加密圖像進行置亂;
將置亂后的多個待加密圖像分別放置于預(yù)設(shè)的虛擬三維物體不同深度的截面上;
根據(jù)預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板、預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到預(yù)設(shè)的第一觀測平面的距離,對各截面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波;
計算所述各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波的和,得到第一觀測平面的物光波;
根據(jù)預(yù)設(shè)的第二隨機相位模板、預(yù)設(shè)的第二光波長以及第一觀測平面到預(yù)設(shè)的第二觀測平面的距離,對第一觀測平面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到第二觀測平面的物光波;
將所述第二觀測平面的物光波共軛對稱排列后,進行傅里葉逆變換,得到實值編碼加密圖像。
進一步地,所述“分別對多個待加密圖像進行置亂”具體為:
分別對多個待加密圖像進行arnold變換置亂。
進一步地,所述不同深度的截面上放置的待加密圖像在空間位置上錯開;
所述對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板之間互不相同;
所述對應(yīng)各截面的第一光波長之間互不相同。
進一步地,還包括:
對實值編碼加密圖像進行傅里葉變換,得到復(fù)數(shù)形式的物光波;
根據(jù)第二光波長以及第二觀測平面到第一觀測平面的距離,對所述物光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到菲涅耳逆衍射光波;
分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波;
根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像;
對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像。
進一步地,所述“對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像”之后,進一步包括:
對一截面的解密圖像進行濾波;
根據(jù)所述一截面到第一觀測平面的距離,對濾波后的解密圖像進行菲涅耳逆衍射計算,得到虛擬面光源衍射光波;
將所述虛擬面光源衍射光波乘以預(yù)設(shè)的球面波后,根據(jù)預(yù)設(shè)的距離進行菲涅耳衍射計算,得到所述一截面的放大后的解密圖像。
進一步地,所述“分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波”具體為:
將所述菲涅耳逆衍射光波乘以第二隨機相位模板的復(fù)共軛后,分別根據(jù)對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波。
進一步地,所述“根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像”具體為:
將各截面的菲涅耳逆衍射光波乘以對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板的復(fù)共軛,得到各截面的重建像。
實施例一
請參照圖1-2,本發(fā)明的實施例一為:一種多圖像加密方法,包括如下步驟:
s101:分別對多個待加密圖像進行置亂;進一步地,分別對多個待加密圖像進行arnold變換置亂。
arnold變換通過圖像中各像素點的位置變換實現(xiàn)加密效果,算法簡單并具有周期性,是一種被廣泛使用的信息隱藏技術(shù)。具體地,假設(shè)用(x,y)表示變換前像素的位置,(x’,y’)表示變換后像素位置,對一幅n×n大小的數(shù)字圖像,位置之間的映射關(guān)系如第一公式所示,其中,mod表示取余運算。
第一公式:
s102:將置亂后的多個待加密圖像分別放置于預(yù)設(shè)的虛擬三維物體不同深度的截面上。根據(jù)層析法原理,三維物體可以看作是由一系列不同深度的截面構(gòu)成,由于不同于真正三維物體的截面,所以稱作虛擬三維物體。
進一步地,為了提高解密圖像質(zhì)量,所述不同深度的截面上放置的待加密圖像在空間位置上錯開,以減少其他截面在一截面上的解密圖像所在的重建像面所形成的衍射干擾;如圖3a、3b、3c所示,圖3a為四幅原始圖像,圖3b是經(jīng)arnold變換置亂后的圖像,圖3c是置亂后的圖像在虛擬三維物體四個不同深度截面上的分布示意圖。
s103:根據(jù)預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板、預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到預(yù)設(shè)的第一觀測平面的距離,對各截面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波。
s104:計算所述各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波的和,得到第一觀測平面的物光波。第一觀測平面的物光波可表示為第二公式;
第二公式:
其中,符號
進一步地,為了提高不同截面加密圖像之間的不可見性,所述對應(yīng)各截面的第一光波長之間互不相同,所述對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板之間互不相同。
當(dāng)滿足取樣定理,菲涅耳衍射積分可用離散菲涅耳變換表示,用一次快速傅里葉變換算法或快速卷積算法的計算公式能夠獲得第一觀測平面的物光波的數(shù)值解(第一觀測平面的物光波為復(fù)數(shù)形式)。各截面的物光波fi(x0,y0)到第一觀測平面的菲涅耳衍射光波用一次快速傅里葉變換算法的計算公式可表示為第三公式;
第三公式:
其中,
s105:根據(jù)預(yù)設(shè)的第二隨機相位模板、預(yù)設(shè)的第二光波長以及第一觀測平面到預(yù)設(shè)的第二觀測平面的距離,對第一觀測平面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到第二觀測平面的物光波。第二觀測平面的物光波可表示為第四公式;
第四公式:
即
其中,z表示第一觀測平面與第二觀測平面之間的距離;
進一步地,ψ(x,y)的自相關(guān)函數(shù)為:
其中,*表示取共軛;p、q表示垂直和水平方向上的偏移量;δ(p,q)表示沖激函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)表現(xiàn)為沖激函數(shù),說明加密圖像的白噪聲特性。
進一步地,第二隨機相位模板與第一隨機相位模板互不相同,第二光波長與第一光波長互不相同,第一觀測平面到第二觀測平面的距離z與各截面到第一觀測平面的距離zi互不相同。
s106:將所述第二觀測平面的物光波共軛對稱排列后,進行傅里葉逆變換,得到實值編碼加密圖像。
圖2中,中間的
本實施例中,為了增加其它截面圖像信號在當(dāng)前重建像面衍射像的不可感知性及在不同截面圖像信號之間設(shè)置必要的防護,將圖像信號先作arnold變換置亂加密處理后再將置亂后的圖像放置于虛擬三維物體的各個截面上。各截面上的圖像經(jīng)置亂、隨機相位模板調(diào)制以及兩次菲涅耳衍射,能量被重新分配,將得到平穩(wěn)復(fù)高斯白噪聲,也即可在第二觀測平面上得到復(fù)數(shù)形式的加密信號(復(fù)噪聲信號/復(fù)值信號),可通過共軛對稱排列后再作傅里葉逆變換的計算全息編碼方法,將復(fù)值信號轉(zhuǎn)為實值信號。實現(xiàn)了多圖像加密并具有較高的安全性和穩(wěn)健性。
實施例二
請參照圖4-5,本實施例是對應(yīng)實施例一的多圖像解密方法,包括如下步驟:
s201:對實值編碼加密圖像進行傅里葉變換,得到復(fù)數(shù)形式的物光波;即對實值信號進行傅里葉變換后,提取復(fù)值信號ψ(x,y)。
s202:根據(jù)第二光波長以及第二觀測平面到第一觀測平面的距離,對所述物光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到菲涅耳逆衍射光波;
s203:分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波;具體地,將所述菲涅耳逆衍射光波乘以第二隨機相位模板的復(fù)共軛后,分別根據(jù)對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波。
s204:根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像;具體地,將各截面的菲涅耳逆衍射光波乘以對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板的復(fù)共軛,得到各截面的重建像,即重建像面。
s205:對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像。進一步地,對各截面的重建像的原始加密信號所處區(qū)域作arnold置亂復(fù)原。
上述步驟即為對應(yīng)實施例一的加密步驟的解密步驟,截面的解密圖像fk(x0,y0)可用第五公式表示;
第五公式:
其中,darn()表示arnold置亂復(fù)原;fk(x0,y0)表示在重建像面所恢復(fù)的與原始加密圖像相對應(yīng)的解密圖像,n(x0,y0)為其他截面圖像在當(dāng)前截面的重建像面所形成的衍射干擾。
在實施例一的加密方法的步驟s102中,各截面放置的待加密圖像在空間位置上錯開,因此,重建像面解密圖像與其他截面在當(dāng)前重建像面的衍射干擾信號在空間位置上基于不混疊,但解密圖像只占據(jù)重建像面的局部區(qū)域,為了能夠利用重建像面的全部空間獲得無干擾的可控放大解密圖像,因此還需進行下述步驟,圖5為其原理示意圖,圖5中的陰影部分即表示解密圖像或虛擬面光源衍射光波在截面上所處的區(qū)域。
s206:對一截面的解密圖像進行濾波;用fk(x0,y0)表示解密圖像,w(x0,y0)表示濾波窗口,則濾波后的解密圖像可用第六公式表示;
第六公式:pk(x0,y0)=fk(x0,y0)w(x0,y0)
s207:根據(jù)所述一截面到第一觀測平面的距離,對濾波后的解密圖像進行菲涅耳逆衍射計算,得到虛擬面光源衍射光波;虛擬面光源衍射光波可用第七公式表示;
第七公式:
其中,zk表示該截面到第一觀測平面的距離。
s208:將所述虛擬面光源衍射光波乘以預(yù)設(shè)的球面波后,根據(jù)預(yù)設(shè)的距離進行菲涅耳衍射計算,得到所述一截面的放大后的解密圖像;放大后的解密圖像可用第八公式表示;
進一步地,當(dāng)衍射距離滿足
如圖6、7a、7b、7c所示,圖6為對應(yīng)圖3c的四個截面的重建像面的解密圖像,圖7a表示圖6中第二個截面像面濾波后的解密圖像,圖7b表示虛擬面光源衍射光波,圖7c為解密圖像的4×4倍非插值放大重建像。
為了能夠利用重建像面的全部區(qū)域重建無干擾解密圖像,采用重建像面濾波、逆衍射、球面波照射、再正向衍射的處理,具體地應(yīng)用像面濾波逆衍射方法,獲得無干擾虛擬面光源衍射光波,再對虛擬面的衍射光波用球面波作重建波以獲得不同放大率的重建像,實現(xiàn)在重建像面的全部區(qū)域非插值可控重建無干擾解密圖像,解密圖像質(zhì)量良好并具有較高的安全性和穩(wěn)健性,并且解密圖像在不同放大倍數(shù)下重建仍具有良好的邊緣保持效果。
實施例一、實施例二的加解密方法同時適用于灰度圖像和彩色圖像,通用性強。對于彩色圖像,將彩色圖像分解為r、g、b三個通道,每個通道分別用實施例一所述方法加密,得到真彩色加密圖像;對真彩色加密圖像三個通道分別解密,并將解密后的三個通道分量組合即得到解密后的彩色圖像。
實施例三
本實施例是上述實施例的進一步拓展。
為了衡量放大后的圖像質(zhì)量,采用均方誤差、亮度誤差、頻譜平坦度、結(jié)構(gòu)相似度等評價指標(biāo),設(shè)行列方向各放大k倍,將放大后的圖像按k×k大小劃分,原圖像中的一個像素點對應(yīng)于放大后圖像中一個k×k大小的圖像塊。假設(shè)原圖像為x(m,n),大小為mpixel×npixe,放大后圖像為y(m’,n’),1≤m'≤km-1,1≤n'≤kn-1,定義
歸一化均方誤差
歸一化亮度誤差
頻譜平坦度
其中,f(m,n)代表圖像頻譜。
為了衡量兩個信號之間的相似度,引入相關(guān)系數(shù)及結(jié)構(gòu)相似度函數(shù);對于兩個信號f1和f2,定義
歸一化互相關(guān)系數(shù)
結(jié)構(gòu)相似度
其中,m、n為圖像寬和高;
以圖7a為例,其放大4×4倍后(如圖7c所示),圖像的歸一化均方誤差nmse=0.4528;歸一化亮度誤差lve=0.0421;頻譜平坦度sfm=568.3625;其4×4倍非插值重建放大圖像與原始待加密圖像之間的相關(guān)系數(shù)與結(jié)構(gòu)相似度分別為0.9850和0.9255。
為了衡量魯棒性,對加密圖像進行不同類型的攻擊試驗。例如,將加密圖像在水平方向剪切50%,再從缺損后的加密圖像中恢復(fù)出解密圖像,則四個截面(圖3c所示的四個截面)上的解密圖像與四個待加密圖像(圖3a所示的四幅原始圖像)的相似值分別為0.8589、0.7657、0.5783和0.6752。當(dāng)對加密圖像4位量化后再恢復(fù)出解密圖像,則四個截面上的解密圖像與四個原始圖像之間的相似度值分別為0.8960、0.8531、0.7224和0.7225。當(dāng)對加密圖像經(jīng)log算子濾波后再恢復(fù)出解密圖像,則四個截面上的解密圖像與四個原始圖像之間的相似度值分別為0.9251、0.8979、0.7691和0.7912。
圖8是局部解密圖像在大放大倍數(shù)時插值與非插值放大的效果比較;具體地,圖8a表示像面濾波示意圖,圖8b表示濾波后圖像,圖8c是非插值放大32×32倍后圖像及canny算子邊緣檢測效果,圖8d是雙線性插值放大32×32倍后圖像及canny算子邊緣檢測效果??梢钥闯?,非插值重建表現(xiàn)出了良好的邊緣保持特性。
實施例四
本實施例是對應(yīng)上述實施例的一種計算機可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計算機程序,所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)以下步驟:
分別對多個待加密圖像進行置亂;
將置亂后的多個待加密圖像分別放置于預(yù)設(shè)的虛擬三維物體不同深度的截面上;
根據(jù)預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板、預(yù)設(shè)的對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到預(yù)設(shè)的第一觀測平面的距離,對各截面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波;
計算所述各截面在第一觀測平面上的菲涅耳衍射光波的和,得到第一觀測平面的物光波;
根據(jù)預(yù)設(shè)的第二隨機相位模板、預(yù)設(shè)的第二光波長以及第一觀測平面到預(yù)設(shè)的第二觀測平面的距離,對第一觀測平面的物光波進行菲涅耳衍射計算,得到第二觀測平面的物光波;
將所述第二觀測平面的物光波共軛對稱排列后,進行傅里葉逆變換,得到實值編碼加密圖像。
進一步地,所述“分別對多個待加密圖像進行置亂”具體為:
分別對多個待加密圖像進行arnold變換置亂。
進一步地,所述不同深度的截面上放置的待加密圖像在空間位置上錯開;
所述對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板之間互不相同;
所述對應(yīng)各截面的第一光波長之間互不相同。
進一步地,還包括:
對實值編碼加密圖像進行傅里葉變換,得到復(fù)數(shù)形式的物光波;
根據(jù)第二光波長以及第二觀測平面到第一觀測平面的距離,對所述物光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到菲涅耳逆衍射光波;
分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波;
根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像;
對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像。
進一步地,所述“對各截面的重建像進行置亂復(fù)原,得到各截面的解密圖像”之后,進一步包括:
對一截面的解密圖像進行濾波;
根據(jù)所述一截面到第一觀測平面的距離,對濾波后的解密圖像進行菲涅耳逆衍射計算,得到虛擬面光源衍射光波;
將所述虛擬面光源衍射光波乘以預(yù)設(shè)的球面波后,根據(jù)預(yù)設(shè)的距離進行菲涅耳衍射計算,得到所述一截面的放大后的解密圖像。
進一步地,所述“分別根據(jù)第二隨機相位模板、對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離,對所述菲涅耳逆衍射光波進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波”具體為:
將所述菲涅耳逆衍射光波乘以第二隨機相位模板的復(fù)共軛后,分別根據(jù)對應(yīng)各截面的第一光波長以及各截面到第一觀測平面的距離進行菲涅耳逆衍射計算,得到各截面的菲涅耳逆衍射光波。
進一步地,所述“根據(jù)所述各截面的菲涅耳逆衍射光波和對應(yīng)各截面第一隨機相位模板,計算得到各截面的重建像”具體為:
將各截面的菲涅耳逆衍射光波乘以對應(yīng)各截面的第一隨機相位模板的復(fù)共軛,得到各截面的重建像。
綜上所述,本發(fā)明提供的一種多圖像加解密方法及計算機可讀存儲介質(zhì),將待加密圖像先進行置亂加密處理后再將置亂后的圖像放置于虛擬三維物體的各個截面上,然后再經(jīng)過隨機相位模板調(diào)制以及兩次菲涅耳衍射,能量被重新分配,將得到平穩(wěn)的復(fù)值信號,最后將復(fù)值信號轉(zhuǎn)為實值信號,即得到加密圖像;可實現(xiàn)多圖像加密并具有較高的安全性和穩(wěn)健性;為了能夠利用重建像面的全部區(qū)域重建無干擾解密圖像,采用重建像面濾波、逆衍射、球面波照射、再正向衍射的處理,具體地應(yīng)用像面濾波逆衍射方法,獲得無干擾虛擬面光源衍射光波,再對虛擬面的衍射光波用球面波作重建波以獲得不同放大率的重建像,實現(xiàn)在重建像面的全部區(qū)域非插值可控重建無干擾解密圖像,解密圖像質(zhì)量良好并具有較高的安全性和穩(wěn)健性,并且解密圖像在不同放大倍數(shù)下重建仍具有良好的邊緣保持效果。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換,或直接或間接運用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。