基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法，包括：（1）加密：隨機(jī)調(diào)制信號(hào)作為密鑰，待加密的圖文信息作為明文，將所述密鑰與所述明文進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像獲取一系列加密后的信息，即密文；（2）傳輸：信息傳輸時(shí)，傳輸者和接受者雙方共享所述密鑰，雙方之間傳輸所述密文；（3）解密：解密時(shí)將密鑰與密文進(jìn)行壓縮感知計(jì)算，重建出明文信息。本發(fā)明的加密方法以一次一密的方式分發(fā)密鑰，密鑰的隨機(jī)性增強(qiáng)了密文的隨機(jī)性，進(jìn)而增加了破譯的難度。壓縮感知算法能夠在較少的采樣次數(shù)下重建出明文，減小了關(guān)聯(lián)計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜度，為關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密提供了新方法，同時(shí)能夠在相同的計(jì)算次數(shù)下傳輸更多的加密信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關(guān)聯(lián)成像加密方法，具體涉及基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密的理論依據(jù)是熱光的二階相干性。以關(guān)聯(lián)成像為例，一般的成像方案中，物體透射或反射光場(chǎng)直接攜帶了物體的空間信息，成像探測(cè)與物體不可分離；而關(guān)聯(lián)成像雖然也要求探測(cè)物體透射光場(chǎng)或反射光場(chǎng)，但是擔(dān)任空間分辨測(cè)量任務(wù)的探測(cè)器與物體可以分離。因此，如果攜帶物體信息的光場(chǎng)受到隨機(jī)擾亂，用傳統(tǒng)成像的方案就很難得到清晰的物體圖像；而關(guān)聯(lián)成像則在攜帶物體信息的光場(chǎng)受到隨機(jī)擾亂后仍然可以獲得清晰的像，因此隨機(jī)的擾亂并不影響最終的測(cè)量結(jié)果。關(guān)聯(lián)加密方案主要是將明文加載在待成像的物體上，使得明文擴(kuò)散在物體的空間分布信息中，并以一次一密的方式分發(fā)密鑰。密鑰的隨機(jī)性增強(qiáng)了密文的隨機(jī)性，進(jìn)而增加了破譯的難度。此外，當(dāng)破壞者對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)，不會(huì)破壞密文的傳輸。而關(guān)聯(lián)成像的非定域性，也使得破譯者破解的難度加大。
[0003]壓縮感知的核心理論主要有兩點(diǎn):一是信號(hào)的稀疏性；二是非相干采樣。信號(hào)的稀疏性:自然界的許多信號(hào)在其對(duì)應(yīng)的表達(dá)基(也可稱(chēng)作表象)下展開(kāi)時(shí)，信號(hào)是稀疏的。這里，稀疏指的是信號(hào)在該表達(dá)基下展開(kāi)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的展開(kāi)系數(shù)(也可理解為權(quán)重值)中大部分都是非常小的數(shù)值，或是零；只有相對(duì)較少的展開(kāi)系數(shù)具有較大的數(shù)值，而這些較大數(shù)值的系數(shù)包含了信號(hào)的大部分重要信息。非相干采樣指的就是信號(hào)測(cè)量中所使用的測(cè)量基與信號(hào)稀疏表達(dá)的表達(dá)基是非相干的。
[0004]隨著計(jì)算關(guān)聯(lián)成像方法的出現(xiàn)，關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密將隨機(jī)調(diào)制的參考光信息作為密鑰，桶探測(cè)器測(cè)量的物光強(qiáng)度信息作為密文，通過(guò)關(guān)聯(lián)計(jì)算獲取加密的物體信息(明文)。關(guān)聯(lián)計(jì)算次數(shù)越大，關(guān)聯(lián)計(jì)算獲取的明文越清晰。因此獲取的明文受關(guān)聯(lián)計(jì)算次數(shù)的影響較大，計(jì)算量較大，不利于光學(xué)加密的解密。壓縮感知算法能夠在采樣信號(hào)次數(shù)遠(yuǎn)低于Nyquist的采樣定理要求的采樣次數(shù)的條件下，很好地恢復(fù)出原始信號(hào)，為關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密解密獲取明文提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)和不足，改進(jìn)關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密性能。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問(wèn)題，可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]—種基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法，其特征在于:
[0009](I)加密:隨機(jī)調(diào)制信號(hào)作為密鑰，待加密的圖文信息作為明文，將所述密鑰與所述明文進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像獲取一系列加密后的信息，即密文；
[0010](2)傳輸:信息傳輸時(shí),傳輸者和接受者雙方共享所述密鑰,雙方之間傳輸所述密文；
[0011](3)解密:解密時(shí)將密鑰與密文進(jìn)行壓縮感知計(jì)算，重建出明文信息。
[0012]進(jìn)一步，本發(fā)明的基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法還可以具有這樣的特征:步驟(I)中，將隨機(jī)調(diào)制的信號(hào)仁(X，y)作為密鑰，與待加密的明文T(x，y)相乘，獲得密文4，所述密文參見(jiàn)式(I);
[0013]Br= / dxdylr(x, y)T(x, y) (I)。
[0014]進(jìn)一步，本發(fā)明的基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法還可以具有這樣的特征:步驟(3)中，將所述密鑰與所述密文進(jìn)行壓縮感知計(jì)算，獲得重建明文Tes，所述重建明文參見(jiàn)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是測(cè)量次數(shù)，小于關(guān)聯(lián)成像加密所需的關(guān)聯(lián)計(jì)算次數(shù)；
[0018]將T(x，y)組成的矩陣，作為待求的稀疏矩陣；N個(gè)隨機(jī)獨(dú)立分布的觀測(cè)矩陣Ir (x, y)組成新矩陣，作為觀測(cè)算子矩陣；N個(gè)測(cè)量值&組成的矩陣，作為測(cè)量值；
[0019]計(jì)算T(x，y)組成的矩陣的最小L1范數(shù)表示，就可以獲取重建明文Tes。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]本發(fā)明采 用壓縮感知算法代替關(guān)聯(lián)計(jì)算重建出明文信息。該加密方法以一次一密的方式分發(fā)密鑰，密鑰的隨機(jī)性增強(qiáng)了密文的隨機(jī)性，進(jìn)而增加了破譯的難度。當(dāng)破譯者截取部分密鑰和密文時(shí)，由于計(jì)算次數(shù)較少以及不能獲知密文和密鑰的對(duì)應(yīng)關(guān)系不能重建明文。
[0022]本發(fā)明能夠在采樣信號(hào)次數(shù)遠(yuǎn)低于Nyquist的采樣定理要求的采樣次數(shù)的條件下，很好地恢復(fù)出明文信息。在相同的計(jì)算條件下，基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法重建明文的信息遠(yuǎn)大于關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法重建明文的信息，簡(jiǎn)化了計(jì)算工作量。同時(shí)在相同的計(jì)算條件下，能夠傳輸更多的加密信息，提高了傳輸?shù)男畔⒘俊?br> 【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025]下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或廠(chǎng)商提供的條件進(jìn)行。
[0026]密鑰為一系列隨機(jī)調(diào)制信號(hào)。明文為待加密的圖文信息。密文為進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像獲取一系列加密后的信息。
[0027]實(shí)施例
[0028]現(xiàn)有技術(shù)，關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法如下:[0029]將隨機(jī)調(diào)制的信號(hào)IJx，y)作為密鑰，與待加密的明文T(x，y)相乘，獲得密文4，密文由式(I)獲取。解密過(guò)程如下:將密鑰與密文進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算，重建明文G (x，y)，重建獲取明文由式(2)獲取。
[0030]Br = / dxdylr(X，y)T(x, y) (I)
[0031]
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓縮感知原理的關(guān)聯(lián)成像光學(xué)加密方法，其特征在于: (1)加密:隨機(jī)調(diào)制信號(hào)作為密鑰，待加密的圖文信息作為明文，將所述密鑰與所述明文進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像獲取一系列加密后的信息，即密文； (2)傳輸:信息傳輸時(shí)，傳輸者和接受者雙方共享所述密鑰，雙方之間傳輸所述密文； (3)解密:解密時(shí)將密鑰與密文進(jìn)行壓縮感知計(jì)算，重建出明文信息。
2.根 據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，將隨機(jī)調(diào)制的信號(hào)IJx，y)作為密鑰，與待加密的明文T(x，y)相乘，獲得密文4，所述密文參見(jiàn)式(I);
Br= / dxdylr(x, y)T(x, y) (I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中，將所述密鑰與所述密文進(jìn)行壓縮感知計(jì)算，獲得重建明文Tes，所述重建明文參見(jiàn)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是測(cè)量次數(shù)，小于關(guān)聯(lián)成像加密所需的關(guān)聯(lián)計(jì)算次數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04N1/32GK103428399SQ201210224370
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】張雷洪, 劉戈, 于爾 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)