一種彩色間接視覺密碼方案的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種視覺密碼方案，具體涉及一種在視覺密碼學和間接視覺密碼方案的基礎上，使用不同顏色(波長)的光源，通過二元衍射光學元件實現(xiàn)的一種彩色間接視覺密碼加密技術。
【背景技術】
[0002]基于人眼視覺系統(tǒng)對相關性的識別能力和隨機網(wǎng)格對圖像的加密方法，Mon1.Naor和Ad1.Shamir于1994年提出了視覺密碼學，并詳細的論證了其理論依據(jù)和具體實現(xiàn)方法，參見(Eurocrypt 1994(1):1-12,1994) 0視覺密碼學是一種以圖像為媒介的信息加密技術，該技術通過特殊的算法規(guī)則，將攜帶信息的圖像編碼為若干個隱藏信息的偽隨機子圖像，只要將特定數(shù)量子圖精確對準疊加，不依靠任何密碼學相關知識和計算，即可用人眼解密獲取原始圖像的信息。
[0003]作為一個重要研究方向，彩色視覺密碼方案發(fā)展迅速。2004年，Hir.Yamamoto等人提出了一種使用解密掩模板在特殊位置觀察解密，具有較高安全性的彩色視覺密碼方案，參見(Opt.Expr.7(12): 1258-1270 (2004))。方案中加密圖像像素擴展為2*3子像素，設計加密圖像和解密掩模解碼方式，并設置特殊的視覺解密觀察點，實現(xiàn)了彩色視覺密碼方案的同時，提高了加密方法的安全性。2012年，Jac.Maehizaud和Th1.Foumel提出一種基于色彩匹配的彩色視覺密碼方案，參見(Opt.Expr.20 (20):2847-2859 (2012))。使用基色混色原理，根據(jù)加密圖像給加密子圖像每個像素分配基色，解密時疊加混色解密原始圖像，該方案無需像素擴展，且通過解密的顏色可以認證解密文本，具有較高的安全性和實用性。另外，許多其他彩色視覺密碼方案也相繼被提出，參見(Des.Cod.Cry.11:179-196(1996) ；Des.Cod.Cry.20:325-336 (2000) ;Pat.Rec.36:1619-1629 (2003) ；Pat.Rec.39:866-880(2006) ；The0.Com.Sc1.374:261-276 (2007))。這些方案對彩色視覺密碼方案的發(fā)展意義重大。
[0004]本實驗小組曾于2015年1月提出一種光電方法實現(xiàn)的間接視覺密碼方案，并申請了發(fā)明專利，參見(申請公布號:CN 104717068 A)。方案在視覺密碼學加密的基礎上使用位相恢復算法，將子圖轉換為偽隨機的純位相圖像，解密過程基于特殊設計的解密光路，使用光電方式，利用衍射作用將位相信息恢復出子圖像，并通過解密光路實現(xiàn)實時、動態(tài)的解密。該方案通過利用圖像位相信息，具有很強的魯棒性，同時大大提高了加密的隱蔽性和安全性，系統(tǒng)化的解密方式也為實際應用提供了方便。
[0005]基于色光混合的原理，紅、綠、藍三種色光相加混合可以得到自然界中的其他顏色。紅色與綠色相加得到黃色，紅色和藍色相加得到紫色，綠色加藍色將得到青色，紅色加綠色加藍色得到白色，通過調(diào)整各種顏色的比率可以調(diào)制需要的各種顏色。
[0006]作為視覺密碼學的延伸研究，彩色和間接的視覺密碼方案都具有解密不依靠密碼計算和密碼知識，便于實際應用的特點。除此以外，由于自然本身是彩色的，因此彩色視覺密碼方案相比灰度視覺密碼學更加貼近自然景象，隱蔽性能更好，同時應用的過程中也更加契合實際，應用更加方便和廣泛。而間接視覺密碼方案中由于純位相信息圖像具有偽隨機性，對光強檢測敏感，方案的魯棒性和隱蔽性都顯著增強，從而安全性也得到了大幅度提升。鑒于彩色和間接的視覺密碼方案都具有鮮明的特色和優(yōu)勢，若能將兩者結合起來，必能得到一個安全性能更高、實際適用性更好的視覺密碼方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是結合彩色和間接視覺密碼方案中各自的優(yōu)勢，同時避免他們當前各自存在的缺陷，得到一種隱蔽性優(yōu)秀、安全性高、同時便于實際應用的彩色圖像加密方案。本發(fā)明中的方案利用間接視覺密碼方案采用位相信息加密的加密方式，提高方案的隱蔽性，同時采用二元衍射光學元件解密，大大提高了方案的安全性。另外方案中使用彩色的視覺密碼方案，色彩上更貼近于自然，相對于灰度圖像加密而言，具有更高的安全性，對實際應用也有巨大的促進作用。
[0008]本方案中加密采用位相信息間接加密與二元光學元件相結合的方式，最后產(chǎn)生的密文文本是在石英玻璃上微刻蝕的二元衍射光學元件，人眼看外觀上與普通石英玻璃無差另IJ，具有非常高的隱蔽性。解密的過程中，通過控制照射到密文文本上的光源來加載不同顏色的光，衍射解密后將得到不同顏色的恢復子圖像，最后經(jīng)過子圖像的疊加實現(xiàn)顏色匹配和混合，得到彩色的解密圖像，通過人眼視覺系統(tǒng)可以分辨解密。
[0009]本發(fā)明是建立在位相信息加密技術、色光混合技術和二元光學元件加工技術基礎上，具體可以通過以下技術措施實現(xiàn):
[0010](1)將待加密信息(X)編碼為N個加密子圖(A1，A2，...，An)，當其中K個子圖疊加后可以通過人眼獲取解密信息(X)
[0011](2)使用位相恢復算法計算子圖制作成對應的子圖的純位相圖像(Bl，B2，...，Bn)
[0012](3)通過二元衍射光學元件的加工設計方法，將純位相信息圖像對應設計為待加工的二元衍射光學元件(Cl，C2，.Cn)
[0013](4)使用二元光學元件方法，經(jīng)過掩膜板制作、光刻的加工，制作出設計好的二元衍射光學元件(Dl，D2，...，Dn)，這些元件即為本方案加密的密文文本。
[0014](5)搭建具體的光學機密光路，讓不同顏色(波長)的激光經(jīng)過擴束后分別照射到二元衍射光學元件上，再經(jīng)過傅里葉透鏡，可以在適當?shù)奈恢蒙辖邮盏窖苌洚a(chǎn)生的對應加密子圖(Al，A2，…，An)的恢復子圖像(El，E2，…，En)
[0015](6)使用光學元件將得到的恢復子圖像(E1，E2，...，En)進行耦合疊加，經(jīng)過對準調(diào)節(jié)以后，得到攜帶信息(X)的彩色解密圖像，通過人眼獲取解密信息(X)。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)勢:
[0017](1)本發(fā)明結合彩色的和間接的視覺密碼方案，兼具兩者的優(yōu)勢，擁有非常高的隱蔽性、安全性，貼合自然環(huán)境色彩，具有優(yōu)秀的實際可應用性。
[0018](2)本發(fā)明的加密采用位相信息加密結合二元光學元件的方式，密文文本很難被直接識別和分辨，隱蔽性得到了空前的提高，同時更加方便與實際應用。
[0019](3)本發(fā)明解密的系統(tǒng)光路簡單，且對照射光線的本身性能和位置要求低，系統(tǒng)魯棒性好，可調(diào)整的空間較大，解密快捷方便，可集成性優(yōu)秀。
[0020](4)本發(fā)明與現(xiàn)有的視覺密碼方案相比，結合了多種加密方案和加工技術的優(yōu)勢，操作簡單、可行，具有優(yōu)秀的實際可應用性。
[0021]本發(fā)明所公開的一種彩色間接視覺密碼方案，可適用于隱蔽性和安全性要求高，要求解密操作簡單便捷、系統(tǒng)可集成性高的信息加密應用領域。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明提出的一種彩色的間接視覺密碼方案中，對方案提供的加密技術所產(chǎn)生的二元衍射光學元件形式的密文文本實現(xiàn)解密的光路結構圖。
[0023]其中，1.波長632nm紅色激光器、2.光束衰減器、3.準直擴束系統(tǒng)、4.傅里葉透鏡、5.二元衍射光學元件、6.波長532nm綠色激光器、7.光束衰減器、8.反射鏡、9.準直擴束系統(tǒng)、10.傅里葉透鏡、11.二元衍射光學元件、12.分光棱鏡、13.C⑶接收單元。
[0024]圖2a是將攜帶加密信息“0K”的圖像按照“(2，2)-視覺密碼方案”規(guī)則加密編碼得到的第一幅子圖像。((2，2)即有兩個信息分享者，兩個分享者參與時可解密)
[0025]圖2b是將攜帶加密信息“0K”的圖像按照“(2，2)-視覺密碼方案”規(guī)則加密編碼得到的第二幅子圖像。((2，2)即有兩個信息分享者，兩個分享者參與時可解密)
[0026]圖3是按當前視覺密碼方案的規(guī)則加密得到的兩個加密子圖(如圖2a、2b)打印到透明片上并精確疊加所得的解密圖像，該圖像經(jīng)過人眼識別可以獲取加密信息“0K”。
[0027]圖4a是第一幅子圖像(圖2a)通過位相恢復算法計算得到的對應子圖的純位相圖。
[0028]圖4b是第二幅子圖像(圖2b)通過位相恢復算法計算得到的對應子圖的純位相圖。
[0029]圖5a是對應于第一幅子圖像(圖2a)和其對應子圖的純位相圖(圖4a)，按照二元光學元件設計方法設計并灰度化后得到的二元衍射光學元件表面圖樣，其中圖像的灰度深淺代表了加工的刻蝕臺階深度。(原圖為彩色，不同顏色代表加工的刻蝕深度)
[0030]圖5b是對應于第二幅子圖像(圖2b)和其對應子圖的純位相圖(圖4b)，按照二元光學元件設計方法設計并灰