CN103780795A - 一种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法，属于信息安全领域。本发明的目的是为了解决图像加密过程中存在失真和降低压缩率问题，利用热光鬼成像双光路符合测量所得图像数据的特点，通过置乱其中一条光路所采集的信号序列实现图像的加密传输，利用密钥（正确的变换矩阵）复原加密置乱后的脉冲序列，然后再经过符合测量实现图像的解密。本发明的效果和益处是提供了基于热光鬼成像的图像加密传输方法，由于在加密算法中引入了热光鬼成像原理，所以本加密算法安全性高，无失真并且不会降低图像的压缩比。

Description

一种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及一种图像数据的加密传输方法，尤其是一种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法。

背景技术

随着因特网技术的的飞速发展，目前已进入了信息化时代，如何保证信息传输的速度和安全具有非常重要的意义，数字图像因为其包含信息丰富直观，已成为主要的网络交互对象之一。图像交互在军事系统、政府机构、金融系统和医疗保健等重要机构中得到了广泛应用。图像传输的安全问题令人担心，受到人们的普遍重视。如何保证数字图像的安全交互，防止图像被第三方截获、恶意篡改、非法拷贝和传播变得非常重要。图像加密用于保证图像的保密性，是图像安全技术的核心。经典的图像加密是利用数字图像的矩阵特征，在图像的空间域（或变换域），按某种变换规则，改变像素（或变换域系数）的位置或值，将有意义的原始图像变得“杂乱无章”，使其失去原有外观，变换成类似于信道随机噪声的信息。利用这一思想人们已设计出众多的图像加密算法：基于现代密码体制的图像加密、基于矩阵变换的图像加密、基于混沌的图像加密、基于分存的图像加密、基于频域的图像加密、基于SCAN语言的加密和基于DNA计算的图像加密等。

但是上述各种加密算法存在的共同问题是：在对数字图像进行加密和解密过程中，都存在不同程度的失真；同时加密算法都破坏了像素之间的相关性，降低了图像的压缩率，给图像传输带来不便。图像加密技术总体沿着如何进一步提高安全性、加密效率和压缩比的方向发展。本发明充分考虑了热光鬼成像所得图像数据的特点，提出了一种利用热光鬼成像原理实现图像加密传输的方法。该方法可实现图像的无失真加密传输，并且不改变图像的压缩率。

热光鬼成像是利用热光源的二阶关联特性，通过符合测量对物体进行成像。这种成像的特点是参考光不经过物体，只包含光源的光场分布信息；而信号光包含物体信息，但是不具有分辨率；只有将这两个信号一一对应进行符合测量之后才会得到物体的像，单一的任何一个信号都不会得到物体像。热光鬼成像用于图像加密传输的示意图如图1所示。其中6代表桶探测器，用于接收通过物体的总光强，而8是CCD探测器，用于对热光源的光强分布进行测量，关联器用于计算两个探测器所探测到光强的二阶关联函数，实现对两个信号的符合测量。鬼成像时，利用热光照射旋转的毛玻璃2，然后经过一个50:50分束器3把产生的赝热光分成两束：其中一束光（信号光）照射待成像物体4，再用探测器6对透过待成像物体的光强进行桶探测；另外一束光（参考光）经成像透镜7将光源分布信息调制到CCD8上，最后对两束光进行光强符合测量即可在参考臂上得到待成像物体的像。成像过程中，从光源发出的两束光必须同时到达两光路的探测器，光强的符合算法是首先选定一时间窗口，将两路信号转化为电压或数值信号，如图所示物臂形成信号序列A₁A₂…A_N,参考臂形成信号序列M₁M₂…M_N,关联器的符合计算

通过计算机实现。当两光路所采集信号不是同时到达，则得不到物体的像。图4和图5为分别对信号序列错一位和错十位进行符合后的成像结果，成像算法中，为提高图像的对比度，减去了背景噪声。实验结果显示为了得到物体的像，两组数据序列必须满足一一对应的符合。从符合原理可看出，通过置乱脉冲序列实现的图像加密，在解密过程中，不存在图像的失真，并且加密过程不会改变图像的压缩率。对于热光鬼成像的研究主要围绕其理论解释展开，实际应用中，热光鬼成像主要围绕提高成像质量和成像速度展开，而对于鬼成像图像的加密传输的研究则很匮乏。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法，该方法能够解决图像加密过程中存在失真和降低压缩率问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法，包括以下步骤：

1）加密：利用热光鬼成像双光路符合测量所得图像数据的特点，通过置乱其中一条光路所采集的数据序列实现图像的加密传输；或者通过置乱参考光光路所采集的信号序列实现图像的加密传输；

2）解密：利用密钥复原加密置乱后的数据序列，然后再经过符合测量实现图像的解密。

进一步，以上公共信道传输的图像信息为参考光光路采集信息M₁M₂…M_N和置乱后的信号光光路采集信息B₁B₂…B_N；其中N为自然数；物体的像只有在用户方通过正确的密钥解密后，利用计算机通过符合测量

才能得到所传输的图像，而公共信道中两组数据序列的符合不能得到所传输的图像；其中A为信号序列；i为自然数。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的图像加密的安全性高，待符合了两组数据序列是唯一的，并且要满足一一对应的符合；

（2）本发明无失真，与已有图像加密算法不同，热光鬼成像原理决定了图像数据在传输过程中必须保持完整性；

（3）本发明不会降低图像的压缩比，已有的图像加密算法都在不同程度上破坏了图像像素之间的相关性，降低了图像的压缩比，而从上述加密原理看以看出，加密过程不会破坏像素之间的相关性，进而保证了图像的压缩比不会被降低。

附图说明

图1热光鬼成像原理示意图。

图2利用热光鬼成像原理实现图像加密示意图。其中虚线框标出部分为热光鬼成像系统。

图3利用热光鬼成像对三角孔符合成像结果。它是通过采集热光鬼成像双光路信息，然后在选定时间窗口内符合后减去背景噪声所得图像，此图可作为正确解密后所得图像。

图4将信号光光路所采集的数据序列错一位，并且采用与图3相同的符合方法所得同一三角孔的像。从图中可看出，不能获得物体的信息。

图5在图4基础上，将信号光光路所采集的数据序列错十位所得物体的像，结果显示同样得不能获得物体的信息。图4和图5可作为错误解密后所得图像。

其中：1为热光源，2为毛玻璃，3为分束器，4为待成像物体，5为会聚透镜，6为桶探测器，7为凸透镜，8为CCD探测器，9为关联器，10为加密置乱矩阵，11为公共信道，12为解密变换矩阵。

具体实施方式

本发明的这种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法，包括以下步骤：

1）加密：利用热光鬼成像双光路符合测量所得图像数据的特点，通过置乱其中一条光路所采集的数据序列实现图像的加密传输；或者通过置乱参考光光路所采集的信号序列实现图像的加密传输；

2）解密：利用密钥复原加密置乱后的数据序列，然后再经过符合测量实现图像的解密。

公共信道传输的图像信息为参考光光路采集信息M₁M₂…M_N和置乱后的信号光光路采集信息B₁B₂…B_N；其中N为自然数；物体的像只有在用户方通过正确的密钥解密后，利用计算机通过符合测量

才能得到所传输的图像，而公共信道中两组数据序列的符合不能得到所传输的图像；其中A为信号序列；i为自然数。

以下结合附图对本发明进一步详细说明：

本发明是将热光鬼成像原理与图像加密传输相结合。其利用热光鬼成像双光路符合测量所得图像数据的特点，通过置乱其中一条光路所采集的数据序列实现图像的加密传输。然后结合热光鬼成像原理，利用密钥（正确的变换矩阵）复原加密置乱后的数据序列，然后再经过符合测量实现图像的解密。即，本发明的加密是通过置乱矩阵10实现，解密是通过相应的变换矩阵12（密钥）实现：公共信道11传输的图像信息为参考光光路采集信息M₁M₂…M_N和置乱后的信号光光路采集信息B₁B₂…B_N，物体的像只有在用户方通过正确的密钥解密后，利用计算机通过符合测量才能得到所传输的图像，如图3所示，而公共信道中两组数据序列的符合不能得到所传输的图像，如图4和图5所示。

本发明的基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法将热光鬼成像原理引入图像的加密传输，实现了新的图像的加密传输和解密方法。可实现图像的无失真加密，并且不改变图像的压缩率。

以下结合实施例对本发明进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。本发明的基本思想是结合热光鬼成像特点，利用热光鬼成像实现对图像的加密传输。

实施例1

参见图1和图2，分别是本发明实现图像加密传输的热光鬼成像装置图和基于热光鬼成像原理实现图像加密实施例的示意图：用以实现本发明方法的热光鬼成像装置包括：自然光1，毛玻璃2,50:50分束器3，信号光路所用装置依次是三角孔物体4、会聚镜5、单光子探测器6，参考光光路所用装置依次是成像透镜7、CCD探测器8，利用计算机matlab软件实现关联器9。

基于热光鬼成像原理实现图像加密装置的构成，包括：鬼成像系统（虚线框标出装置），加密置乱矩阵10，密钥（解密变换矩阵）12。

加密过程：在对双光路信息进行数据采集，先选定时间窗口，在信号光光路得信号序列A₁A₂…A_N,参考光光路得信号序列M₁M₂…M_N,此时若利用matlab软件进行符合测量则可得物体的像，如图3所示。加密是对信号光路所得数据序列A₁A₂…A_N利用加密置乱矩阵10将其置乱为B₁B₂…B_N，图4和图5分别为将序列错一位

和错十位

后通过符合得到的物体的像，结果表明当数据序列发生任意轻微的改变都得不到物体的图像。将加密后的数据序列B₁B₂…B_N和M₁M₂…M_N通过公共信道11传输，传输过程中，任意的第三方若没有正确的解密变换矩阵（密钥）都得不到物体的像，所以通过置乱信号光光路的数据序列实现了图像的加密。

解密过程：在宿主方接受到公共信道传输的图像信息后，利用密钥12（解密变换矩阵）将加密时置乱的数据序列B₁B₂…B_N还原为A₁A₂…A_N，然后再通过符合测量即可得到物体的图像，如图3所示。实现了图像的解密。

实施例2

根据加密原理，可将加密置乱矩阵10放置在参考光光路，将参考光光路采集的数据序列M₁M₂…M_N置乱为N₁N₂…N_N,同样可实现对图像的加密传输。相应的解密变换矩阵（密钥）是将接受到的数据序列N₁N₂…N_N还原为M₁M₂…M_N实现对图像的解密。

Claims (2)

1.一种基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）加密：利用热光鬼成像双光路符合测量所得图像数据的特点，通过置乱其中一条光路所采集的数据序列实现图像的加密传输；或者通过置乱参考光光路所采集的信号序列实现图像的加密传输；

2）解密：利用密钥复原加密置乱后的数据序列，然后再经过符合测量实现图像的解密。

2.根据权利要求1所述的基于热光鬼成像原理的图像加密传输方法，其特征在于，公共信道传输的图像信息为参考光光路采集信息M₁M₂…M_N和置乱后的信号光光路采集信息B₁B₂…B_N；其中N为自然数；物体的像只有在用户方通过正确的密钥解密后，利用计算机通过符合测量

才能得到所传输的图像，而公共信道中两组数据序列的符合不能得到所传输的图像；其中A为信号序列；i为自然数。

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