基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密

发布时间：2021-12-23 16:40

　　针对现有光学加密方法进行彩色图像加密时加密容量低、解密图像失真度高等问题,提出一种基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密方法.在光学加密阶段,结合改进的Mach-Zehnder干涉仪与空分复用技术,通过不同的随机相位掩膜对多幅彩色图像进行同时加密,仅需单次曝光即可得到由多幅彩色图像加密的全息图.在解密过程中,由于记录全息图的过程可建模为压缩感知过程,使用两步迭代收缩/阈值算法即可求解.实验结果表明,提出的加密系统加密容量大,解密重建图像质量高,结合压缩感知理论,有效地消除了同轴全息中平方场项对解密重建性能的影响,解密图像平均峰值信噪比仅下降约2～5dB;密钥安全性高,随机相位掩膜与传播距离均起到密钥的作用,在随机相位掩膜错误或传播距离仅偏移0.25%时,便无法解密出原始彩色图像;且对噪声与遮挡性攻击具有良好的鲁棒性,解密重建性能随噪声增大下降趋势缓慢,加密全息图80%信息受到遮挡性攻击时,仍可取得良好的解密重建结果. 

【文章来源】：光子学报. 2020,49(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

压缩彩色全息原理

单次曝光压缩彩色全息加密模型如图2所示．首先利用空间复用技术，将三基色激光源分别经过扩束器与准直透镜后变为平行光束，其中绿色与蓝色光束分别使用分束器改变其发射方向并与红色激光发射方向平行组成复合光束；接着使用经过修改的Mach-Zehnder干涉仪利用分束器将入射的复合光束分为若干个平行光束，每个光束均照射到一幅待加密的彩色图像与紧贴其放置的随机相位掩膜（Random Phase Mask,RPM）上；最终经过一段距离的传播后，在探测器平面记录加密得到的全息图，且在探测器平面前放置了随机采样掩膜（Random Subsampling Mask,RSM），以实现欠采样的功能．传播至探测器平面的物光场可表示为

多彩色图像解密重建模型如图3所示．多彩色图像加密与解密流程如图4所示．放置在不同位置的多幅彩色图像使用随机相位掩膜加密，传播至CCD平面记录下彩色全息图．解密重建时，随机相位掩膜与传播距离均起到密钥的作用，分别提取加密彩色全息图的三个通道进行解密重建，最终融合三个通道的估计值得到重建的多幅彩色图像．

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密方法[J]. 王雪光,李明,于娜娜,席思星,王晓雷,郎利影.  物理学报. 2019(24)
[2]分数傅里叶变换域的彩色图像非对称光学压缩加密[J]. 郎俊,付香雪,郭盼.  光电工程. 2018(06)



本文编号：3548822