CN113438382A - 一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统。该隐藏方法包括：搭建叠层成像光路；将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；将初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；将第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；将两张乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；切分两张二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；将多张衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中。本发明能够降低编码过程误差，提高解码质量。

Description

一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别是涉及一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统。

背景技术

信息的加密与防伪技术是当今信息安全领域中的重要内容，其中的光学和光电信息加密与防伪技术由于其并行性、高速度和低成本而倍受人们的青睐。20世纪70年代，美国出现了一些光学安全技术专利。这些专利主要用于身张验证、防伪等领域。

20世纪80年代末期，AmericanBanknoteHolographic公司利用全息防伪技术制作Visa和MasterCard信用卡，满足了当时贸易和金融领域的需求。此后十多年间，彩虹全息防伪技术得到了广泛应用。

20世纪90年代以后，计算机硬件、软件的发展以及Internet的产生将人们带入信息社会。各行各业对信息技术广泛应用，自然迫切地需要一种安全、高效的信息加密技术。传统加密技术主要依靠计算机或数字信号处理器(digital signal processing，DSP)等电子手段来实现，这些方法受到速度和成本的限制。一些研究人员自然地转向利用光学或光电方法加密。光学信息处理技术本身具有高速度、并行性的特点；光的波长短、信息容量大；同时又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性，是多维的信息载体。这些优点使得利用光学信息处理技术完成数据加密等任务与利用电子手段相比具有天然的优势。

视觉密码是一种通过编码系统将文件加密且可直接由裸眼加密的一种技术，最大的优势是解密不需要计算机参与，完全由人类的视觉系统即可完成，即便没有任何密码学的基础人也可轻松完成，简单快速高效。但是视觉密码术仅能够对二值图像进行加密，这极大的局限了视觉密码的使用。由于二维码图像大存储容量、快速可读性和强大的纠错能力，现在已被应用于各种光学加密系统。在光学加密系统中，二维码图像被用作高数据量的容器，可以更稳定地加密灰度图像、彩色图像甚至可以加密音频与视频，同时还能容忍一定的高斯噪声，关键是该系统具有无损的解密质量。但是由于视觉密钥的显著特征，在传输过程中极易引起关注与攻击，倘若视觉密钥泄露，其解密的便利性也成为了安全性的威胁，没有任何专业基础的人都可以很简单地获取加密信息。由于叠层成像编码可以将秘密信息以光学的方式转换成一系列衍射图案，从而实现了信息隐藏的高安全性。然而，传统的叠层成像编码需要对照明探针或物体进行机械的移动，因此会积累大量的误差，从而降低了解码质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统，以解决编码过程误差大，解码质量低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种视觉密码的无损信息隐藏方法，包括：

搭建叠层成像光路；

将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像。

可选的，所述叠层成像光路中光源选择波长为632.8nm的红色气体激光器，衍射距离为182mm，电荷耦合器件的像元为9μm。

可选的，多张所述切分后的图像的重叠面积大于70％；所述衍射图的数量为所述切分后的图像的数量的2倍；相邻的两张衍射图之间的移动步长为136。

一种视觉密码的无损信息隐藏系统，包括：搭建叠层成像光路；

第一转换模块，用于将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

扩展模块，用于利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

置乱模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

第二转换模块，用于将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分模块，用于切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

嵌入模块，用于将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像。

一种视觉密码的无损信息提取方法，包括：

获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

获取两张宿主图像的相位信息；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成第一二维码图像以及第二二维码图像；

识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成第一乱码图像以及第二乱码图像；

利用Arnold置乱算法将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成初始二维码图像；

识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频。

一种视觉密码的无损信息提取系统，包括：

密钥获取模块，用于获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

相位信息获取模块，用于获取两张宿主图像的相位信息；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

分割模块，用于分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

重新排序模块，用于按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

重建模块，用于根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成第一二维码图像以及第二二维码图像；

第一识别模块，用于识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成第一乱码图像以及第二乱码图像；

还原模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

初始二维码图像生成模块，用于将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成初始二维码图像；

第二识别模块，用于识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频。

一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法，包括：

搭建叠层成像光路；

将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

获取两张所述宿主图像的相位信息；

分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照所述衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像；

识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像；

利用Arnold置乱算法，按照所述置乱参数将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像；

将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成所述初始二维码图像；

识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息。

一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法，包括：搭建叠层成像光路；

第一转换模块，用于将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

扩展模块，用于利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

置乱模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

第二转换模块，用于将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分模块，用于切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

嵌入模块，用于将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

密钥获取模块，用于获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

相位信息获取模块，用于获取两张所述宿主图像的相位信息；

分割模块，用于分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照所述衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

重新排序模块，用于按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

重建模块，用于根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像；

第一识别模块，用于识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像；

还原模块，用于利用Arnold置乱算法，按照所述置乱参数将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像；

初始二维码图像生成模块，用于将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成所述初始二维码图像；

第二识别模块，用于识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统，将待隐藏的大容量信息，图像、音频、视频等转换为初始二维码QR；利用视觉密码的编码方案编码成两个单独的不携带任何原始信息的视觉密码；使用Arnold置乱算法将图像置乱成没有任何实质信息的乱码并转换为第一二维码图像QR1以及第二二维码图像QR2；将QR1和QR2分别切分成重叠面积不低于70％的图片依次加载到空间光调制器上，调制成纯相位信息后进入叠层成像光路得到衍射图；将得到的多张衍射图置乱顺序并衰减后嵌入宿主图像的相位部分。初始隐藏信息提取过程需要知道叠层光路中的各个衍射参数，Arnold置乱算法中进行置乱的参数，衍射图置乱的顺序以及衰减因子等密钥，才能将秘密信息完整正确地提取出来。整个隐藏提取方法无需对照明探针或物体进行机械的移动，避免了编码过程误差大的问题，提高了解码质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为叠层成像光路图；

图2为隐藏部分的初始隐藏信息隐藏过程示意图；

图3为提取部分的初始隐藏信息提取过程示意图；

图4为以错误的衍射图顺序恢复的信息图像示意图；

图5为裁剪1/4后恢复的图像示意图；

图6为添加1％的随机白噪声后恢复的图像示意图；

图7为实验方案说明示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法及系统，避免了编码过程误差大的问题，提高了解码质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种视觉密码的无损信息隐藏方法，包括：搭建叠层成像光路；将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像。

一种视觉密码的无损信息提取方法，包括：获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；获取两张宿主图像的相位信息；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；根据所述衍射参数，利用扩展叠层成像(extended Ptycholographic Iterative Engine，ePIE)算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成第一二维码图像以及第二二维码图像；识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成第一乱码图像以及第二乱码图像；利用Arnold置乱算法将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成初始二维码图像；识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频。

一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法，包括：搭建叠层成像光路；将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；获取两张所述宿主图像的相位信息；分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照所述衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像；识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像；利用Arnold置乱算法，按照所述置乱参数将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像；将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成所述初始二维码图像；识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息。

在实际应用中，本发明分为两部分：

步骤1：搭建一个叠层成像光路，光源选择波长为632.8nm的红色气体激光器，衍射距离182mm，CCD像元大小9μm。

1)信息隐藏部分：

步骤2：将待隐藏信息转换成二维码(QR)。

步骤3：通过2*2视觉密码方案将QR像素扩展为分成两份共享密钥key1和key2，并将key1和key2分别利用Arnold置乱算法将图像置乱成没有任何实质信息的乱码A1和A2，置乱参数中a＝3，b＝5，n＝10，并转换为二维码QR1和QR2。

步骤4：将QR1和QR2分别切分成9份重叠面积在70％左右的小图，并依次加载到空间光调制器上，通过BS的反射将图像送入叠层成像光路中，并在CCD端得到得到对应的18份衍射图，每两个相邻衍射图之间的移动步长为136。

步骤5：将18张衍射图顺序置乱后乘以衰减因子α＝0.1，作为相位嵌入到宿主图像中。

2)信息提取部分：

步骤6：首先取出两张宿主图像的相位信息，即两份由9张乱序衍射图拼合在一起图像，将各个衍射图像切分出来并按照衰减因子进行增强，然后按照特定顺序对18张衍射图进行重排，将衍射图像恢复至正确的顺序。

步骤7：使用ePIE算法与设定的衍射参数将衍射图进行重建，恢复出QR1和QR2。

步骤8：用移动通讯设备识别两个二维码后得到乱码图A1和A2，利用设定的置乱参数用Arnold算法还原出视觉密钥key1和key2。

步骤9：将两个密钥非相干叠加得到QR，使用移动通讯设备识别即可得到隐藏信息。

以下以具体实验过程描述本发明的技术方案。

搭建叠层成像光路图像采集系统。图1为叠层成像光路图，如图1所示，光源为波长632.8nm的红色气体激光器；SLM是反射式纯相位空间光调制器(型号：pluto-vis-016SLM)；电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)是imperx公司的面阵式产品(型号：igv-b4020m-kf000)，像素尺寸为9μm，阵列尺寸为4032×2688像素，实际使用的阵列尺寸为1024×1024像素，扫描方式为3×3；衍射距离z＝182mm。实验中叠层图像的重叠率为71％。

气体激光器出射的激光，通过衰减器来调节输出光的光强以保证CCD接收的图像不至于过曝，然后经过两个反射镜，通过调整反射镜的上下左右旋钮可以实现光路准直，然后经过空间滤波器和准直透镜进行扩束处理以得到均匀的光束。准直扩束的激光通过偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)后，经过透镜调制成平面波。经过探针小孔约束后，透过分束器(Beam Splitter，BS)照射到反射式的空间光调制器的阵面上，反射回来的光经BS分束器照射到CCD，得到的衍射图。

搭建叠层成像光学系统实验说明：

(1)叠层成像光路系统属于无透镜的衍射成像系统，可以实现大视场的显微成像，并且可以同时重建出相位和振幅。

(2)使用反射式的空间调制器，是因为传统的叠层成像编码需要对照明探针或物体进行机械的移动，因此会积累大量的误差，使用SLM可以消除这种误差，大大提高重建效果。

(3)用计算机同时控制CCD和SLM，可以将得到的衍射图实时进行置乱并隐藏，杜绝传输过程中的泄密。

图2为隐藏部分的初始隐藏信息隐藏过程示意图，所用的熊猫二维图像经过二维码生成器生成输入图像的二维码QR；二维码图像通过视觉密码编码方案分成key1和key2两个视觉密钥，经过Arnold置乱算法置乱后再次生成对应的QR1和QR2；切分后加载到SLM上，然后反射到叠层成像光路得到对应的衍射图，置乱顺序后作为相位衰减，嵌入宿主图像；图3为提取部分的初始隐藏信息提取过程示意图。

此外，本发明还公开了一种视觉密码的无损信息隐藏系统，包括：搭建叠层成像光路；第一转换模块，用于将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；扩展模块，用于利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；置乱模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；第二转换模块，用于将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；切分模块，用于切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；嵌入模块，用于将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像。

一种视觉密码的无损信息提取系统，包括：密钥获取模块，用于获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；相位信息获取模块，用于获取两张宿主图像的相位信息；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；分割模块，用于分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；重新排序模块，用于按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；重建模块，用于根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成第一二维码图像以及第二二维码图像；第一识别模块，用于识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成第一乱码图像以及第二乱码图像；还原模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；初始二维码图像生成模块，用于将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成初始二维码图像；第二识别模块，用于识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频。

一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法，包括：搭建叠层成像光路；第一转换模块，用于将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；扩展模块，用于利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；置乱模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；第二转换模块，用于将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；切分模块，用于切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；嵌入模块，用于将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；密钥获取模块，用于获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；相位信息获取模块，用于获取两张所述宿主图像的相位信息；分割模块，用于分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照所述衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；重新排序模块，用于按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；重建模块，用于根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像；第一识别模块，用于识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像；还原模块，用于利用Arnold置乱算法，按照所述置乱参数将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像；初始二维码图像生成模块，用于将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成所述初始二维码图像；第二识别模块，用于识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息。

一般考量光学信息隐藏方案的主要指标为：安全性、加密信息容量、不可感知性、鲁棒性、密钥数量等，从光学信息隐藏方案的主要指标出发，本发明的优势如下：

1.不可感知性:本发明不可见性的衡量标准采用宿主图片和嵌入信息的宿主图片求均方误差，经计算宿主图片嵌入信息前后的均方误差为0.0036，人眼在正常情况下无法检测出宿主图片里面隐藏的信息。

2.安全性：Arnold置乱算法，衍射图的顺序置乱方法，叠层光路中的结构参数，视觉密码的编码方案，衰减因子等，并用实验验证了安全性，图4为以错误的衍射图顺序恢复的信息图像示意图，由图4可见，在不知道衍射图顺序的情况下，恢复的信息图像仍旧无法辨别，体现了本发明隐藏信息的安全性。

3.鲁棒性：本发明的鲁棒性分析是采用实验与模拟结合的方式进行，在宿主图像中提取出的每一张衍射图像上都添加1％的随机白噪声，然后进行图像重建；在宿主图像中提取出的每一张衍射图像上都裁剪1/4，然后进行图像重建。通过实验分析验证，恢复的二维图像依旧可以辨别，图5为裁剪1/4后恢复的图像示意图，图6为添加1％的随机白噪声后恢复的图像示意图。可见，本发明的抗噪声能力强与抗裁剪能力强。

选取一幅字画作品，进行如下图7所示的实验用于测试系统的可行性。其中字画原图分辨率为2048*1024，首先进行光学系统编码。在本实验中，先把原图二值化，然后经过2*2视觉密码方案进行像素扩展，得到两个分辨率为2048*2048的密钥VK1和VK2。接着选择7*7扫描方式，将每个密钥切分成700*700的49张小图，依次加载到上述光路图中的SLM上，得到98张衍射图，每张衍射图为1024*1024。将VK1和VK2对应的衍射图顺序置乱，压缩0.5并衰减为0.1后，作为相位嵌入宿主图像。在解密时，取出物体的相位信息并增强后，通过ePIE算法重建相位，然后进行非相干叠加得到如图所示的图。实验说明系统不仅可以实现大容量大视场的信息隐藏，而且提取出来的隐藏信息的质量也有很大的提升。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种视觉密码的无损信息隐藏方法，其特征在于，包括：

搭建叠层成像光路；

将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像。

2.根据权利要求1所述的视觉密码的无损信息隐藏方法，其特征在于，所述叠层成像光路中光源选择波长为632.8nm的红色气体激光器，衍射距离为182mm，电荷耦合器件的像元为9μm。

3.根据权利要求1所述的视觉密码的无损信息隐藏方法，其特征在于，多张所述切分后的图像的重叠面积大于70％；所述衍射图的数量为所述切分后的图像的数量的2倍；相邻的两张衍射图之间的移动步长为136。

4.一种视觉密码的无损信息隐藏系统，其特征在于，包括：搭建叠层成像光路；

第一转换模块，用于将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

扩展模块，用于利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

置乱模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

第二转换模块，用于将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分模块，用于切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

嵌入模块，用于将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像。

5.一种视觉密码的无损信息提取方法，其特征在于，包括：

获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

获取两张宿主图像的相位信息；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成第一二维码图像以及第二二维码图像；

识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成第一乱码图像以及第二乱码图像；

利用Arnold置乱算法将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成初始二维码图像；

识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频。

6.一种视觉密码的无损信息提取系统，其特征在于，包括：

密钥获取模块，用于获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

相位信息获取模块，用于获取两张宿主图像的相位信息；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

分割模块，用于分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

重新排序模块，用于按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

重建模块，用于根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成第一二维码图像以及第二二维码图像；

第一识别模块，用于识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成第一乱码图像以及第二乱码图像；

还原模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

初始二维码图像生成模块，用于将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成初始二维码图像；

第二识别模块，用于识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频。

7.一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法，其特征在于，包括：

搭建叠层成像光路；

将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

获取两张所述宿主图像的相位信息；

分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照所述衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像；

识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像；

利用Arnold置乱算法，按照所述置乱参数将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像；

将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成所述初始二维码图像；

识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息。

8.一种视觉密码的无损信息隐藏提取方法，其特征在于，包括：搭建叠层成像光路；

第一转换模块，用于将初始隐藏信息转换为初始二维码图像；所述初始隐藏信息为图像、音频或视频；

扩展模块，用于利用视觉密码方案将所述初始二维码图像中的像素扩展为第一视觉密钥图像以及第二视觉密钥图像；

置乱模块，用于利用Arnold置乱算法将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像置乱为第一乱码图像以及第二乱码图像；

第二转换模块，用于将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像转换为第一二维码图像以及第二二维码图像；

切分模块，用于切分所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，并将多张切分后的图像加载到空间光调制器上，通过分束器将多张所述切分后的图像传输至所述叠层成像光路中，生成多张衍射图像；

嵌入模块，用于将多张所述衍射图像置乱顺序后乘以衰减因子，将衰减后的乱序衍射图像作为相位信息嵌入至两张宿主图像中；所述相位信息为多张衰减后的乱序衍射图拼合在一起的图像；

密钥获取模块，用于获取视觉密码的无损信息隐藏过程中叠层成像光路的衍射参数、置乱参数、置乱顺序以及衰减因子；

相位信息获取模块，用于获取两张所述宿主图像的相位信息；

分割模块，用于分割所述相位信息，确定多张乱序衍射图像，并按照所述衰减因子进行增强，确定多张增强后的乱序衍射图像；

重新排序模块，用于按照所述置乱顺序对多张所述增强后的乱序衍射图像进行重新排序，生成正确顺序的衍射图像；

重建模块，用于根据所述衍射参数，利用ePIE算法对所述正确顺序的衍射图像进行重建，生成所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像；

第一识别模块，用于识别所述第一二维码图像以及所述第二二维码图像，生成所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像；

还原模块，用于利用Arnold置乱算法，按照所述置乱参数将所述第一乱码图像以及所述第二乱码图像还原所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像；

初始二维码图像生成模块，用于将所述第一视觉密钥图像以及所述第二视觉密钥图像非相干叠加，生成所述初始二维码图像；

第二识别模块，用于识别所述初始二维码图像生成初始隐藏信息。

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