由于军用卫星拍摄的图片、新型武器图纸、金融机构建筑图等这些图像数据的特殊性,图像加密技术将它们处理为杂乱无章的类似噪音的图像,使未授权者无法浏览或修改这些信息。以下将从双相位编码图像的加密原理入手,给大家简单的介绍。

双相位编码图像加密的原理

双相位编码由一个4f系统和分别位于其输入平面和傅里叶频谱面的相位掩膜构成

两个相位掩膜分别处于输入平面和傅里叶频谱面,该方法可将图像加密为广义平稳白噪声。为表述简单,仅用一维形式表示。f(x)表示归一化处理后待加密的图像,像素值范围[0,1];g(x)表示得到的密文图像,n1(x)和n2(x)是两个统计独立并在[0,1]上分布均匀的白序列。exp(j2πn1(x))和exp(j2πn2(x))称为随机相位掩膜(random phase mask)。

加密过程可以分为两步,首先将f(x)与掩膜函数exp(j2πn1(x))相乘,然后将乘积f(x)exp(j2πn1(x))与h(x)卷积,即完成加密(见图1(b))。所的加密后的图像g(x)可表示为

符号*代表传统傅里叶意义下的卷积公式。其中h(x)是纯相位传递函数H(v)的冲击响应

对g(x)解密时,将其(含相位信息)进行傅里叶变换后与掩膜exp(j2πn2(x))相乘,再做逆傅里叶变换,所得结果的幅度信息等与原图f(x)(当原图f(x)为实值图像时)。可见该算法仅有一个密钥,即为exp(j2πn2(x))。

下面讨论密图g(x)的统计特性

g(x)的自相关

可见g(x)是均值为0,方差为
的白噪声,证明过程从略。

双相位编码图像加密及解密实例

对大小为128×128的二值图像进行双相位编码加密,得到加密图,然后分别对加密图叠加高斯白噪声和近似信号色噪声再解密,可见解密后可通过低通滤波降低原图与解密图的MSE,达到改善图像质量的目的。

双相位编码:

双相位编码方式主要有两种:曼彻斯特编码(Manchester Encoding)和差分曼彻斯特编码(Differential Manchester Dncoding)。