專利名稱：多重圖像加密裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)圖像加密，特別是一種多重光學(xué)圖像加密的裝置。
技術(shù)背景光學(xué)安全技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間，最初是將水印和凹版印刷技術(shù)應(yīng)用于貨幣的防偽。但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和光探測(cè)器CCD的普遍應(yīng)用，普通 的全息圖被仿制的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。因此，這種防偽技術(shù)失去了防偽和保密功能， 給一些企業(yè)、銀行和個(gè)人帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失。利用光學(xué)信息處理技術(shù)的圖像加 密技術(shù)由于其高處理速度、髙并行性、高加密維度以及大空間帶寬等各方面的優(yōu)點(diǎn)， 在信息安全領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。利用雙隨機(jī)相位板加密光學(xué)圖像信息，己有技術(shù)文獻(xiàn)[P. Refregier， B. Javidi. Optical image encryption based on input plane and Fourier plane random encoding[J] .Opt. Lett. ，1995， 20(7): 767-769]報(bào)道，可以將原始圖像加密成 統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)的白噪聲。在這個(gè)加密系統(tǒng)中，采用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的4f光學(xué)處理系統(tǒng)。兩塊 隨機(jī)相位板分別被放置在輸入面和頻譜面，待加密的原始圖像緊貼輸入面的隨機(jī)相 位板上。在相干光源的照射下，在輸出面將得到加密后的圖像信息。此加密后的圖 像信息可以記錄或者進(jìn)行光路傳輸。解密過(guò)程同樣采用4f光學(xué)處理系統(tǒng)，在頻譜面 放置加密時(shí)的共軛相位板，在輸出面利用光探測(cè)器CCD得到原始的實(shí)圖像信息。在此基礎(chǔ)上，人們又研究和提出了聯(lián)合變換相關(guān)加密技術(shù)。它是將待加密的圖 像與隨機(jī)相位板并排放置在輸入面，在頻譜面得到加密后的圖像信息。解密過(guò)程采 用同一塊相位板，在輸出面的特定位置得到解密圖像。但是，這種加密技術(shù)在解密 過(guò)程中仍然采用了4f光學(xué)處理系統(tǒng)，對(duì)解密相位板有很髙的定位要求。而且，只能 進(jìn)行單輻圖像的加密和解密操作。為了改進(jìn)光學(xué)圖像加密技術(shù)，又提出了其他的加密方法，如全相位加密、分?jǐn)?shù) 傅里葉變換加密及菲涅爾域的光學(xué)圖像加密等等。這些技術(shù)采用光折變晶體來(lái)存儲(chǔ) 加密后的圖像信息。解密時(shí)利用光折變晶體產(chǎn)生的共軛光，從而簡(jiǎn)化了解密裝置。 但是，這些加密技術(shù)都只對(duì)一幅或者幾幅圖像進(jìn)行加密。而多重圖像加密是光學(xué)圖 像加密的一個(gè)發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)多重圖像的加密存儲(chǔ)，對(duì)加密系統(tǒng)有重要的實(shí)際意義。目甜對(duì)多重圖像的加密存儲(chǔ)，有利用波長(zhǎng)、位移及角度等方法。采用不同波長(zhǎng) 實(shí)現(xiàn)多重圖像的加密，是對(duì)不同的原圖像采用不同的波長(zhǎng)進(jìn)行加密，解密時(shí)以相應(yīng) 的波長(zhǎng)得到相應(yīng)的解密圖像。但是這種方法對(duì)于大量的圖像存儲(chǔ)會(huì)產(chǎn)生背景噪聲， 影響解密圖像的質(zhì)量。利用隨機(jī)相位板位移的多重加密技術(shù)，是采用傳統(tǒng)的雙隨機(jī)相位編碼加密系統(tǒng)。 由于該系統(tǒng)對(duì)其系統(tǒng)中的元件位置有嚴(yán)格的要求，當(dāng)系統(tǒng)中元件有位移時(shí)，解密圖 像迅速退化。因此，加密和解密時(shí)的密匙位置必須嚴(yán)格匹配才能得到解密圖像。人 們正是利用系統(tǒng)對(duì)元件位置的敏感性來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像多重加密的。目甜的許多光學(xué)圖像加密系統(tǒng)，都采用光折變晶體來(lái)記錄加密圖像，因?yàn)楣庹?變晶體的存儲(chǔ)容量大并且可以產(chǎn)生加密圖像的共軛光，有利于圖像的解密。因此， 人們利用光折變晶體旋轉(zhuǎn)一定的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)多重圖像的加密。也就是對(duì)不同圖像， 記錄在不同旋轉(zhuǎn)角的晶體中，用這種方法可以得到清晰的解密圖像質(zhì)量。但是，在上述的幾種多重圖像加密技術(shù)中，由于激光器的波長(zhǎng)不是連續(xù)可調(diào)的，利用波長(zhǎng)進(jìn)行多重圖像加密，在實(shí)用中存在一定的局限性。利用隨機(jī)相位模板的位 移和記錄晶體的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的多重圖像加密，對(duì)于它們?cè)诮饷軙r(shí)位置精度的要求非 常髙，不利于實(shí)際的應(yīng)用。因此，如何實(shí)現(xiàn)快速有效的多重圖像加密是一個(gè)需要解 決的重要的技術(shù)問(wèn)題。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多重圖像加密的裝 置。該多重圖像加密裝置不用改變撖光源波長(zhǎng)，也不用對(duì)系統(tǒng)元件進(jìn)行機(jī)械移動(dòng)， 就能夠快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)多重圖像的加密。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種多重圖像加密裝置，包括一光學(xué)圖像加密裝置和一光學(xué)圖像解密裝置，其 特征在于所述的光學(xué)圖像加密裝置的構(gòu)成包括第一激光器，沿該第一激光器的激光輸 出方向依次是第一擴(kuò)束鏡、原始圖像輸入面、第一空間光調(diào)制器和加密圖像輸出面, 所述的原始圖像輸入面就是所述的二值偏振態(tài)圖像信息的輸入面；所述的光學(xué)圖像解密裝置的構(gòu)成包括第二激光器，沿該第二激光器激光傳播 方向依次為第二擴(kuò)束器、解密裝置輸入面、第二空間光調(diào)制器、透鏡、檢偏器和光
探測(cè)器，所述的檢偏器與所述的二值偏振態(tài)生成器的偏振態(tài)相對(duì)應(yīng)；所述的第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器具有相同的結(jié)構(gòu)，但對(duì)光偏振態(tài) 的調(diào)制函數(shù)互為逆函數(shù)，這兩個(gè)空間光調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)的時(shí)間和空間函數(shù)關(guān)系都 由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，所述的光探測(cè)器亦由所述的計(jì)算機(jī)控制并與所述的第二空間光 調(diào)制器同步工作。所述的光探測(cè)器為CCD探測(cè)器。所述的二值偏振態(tài)圖像信息的線偏光的偏振狀態(tài)分別為與水平方向成45°或 135"兩個(gè)方向的偏振狀態(tài)。所述的空間光調(diào)制器為電尋址控制空間光調(diào)制器，或光尋址控制空間光調(diào)制器。 電尋址控制空間光調(diào)制器是利用電信號(hào)控制光學(xué)圖像的每個(gè)像素的相位延遲，即控 制通過(guò)該空間光調(diào)制器上各像素的相干光的偏振態(tài)。光尋址控制空間光調(diào)制器，即 利用光信號(hào)來(lái)控制光學(xué)圖像的每個(gè)像素的偏振態(tài)。利用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行多重圖像加密的方法，包括下列步驟(一) 加密① 將原始二值強(qiáng)度圖像信息通過(guò)二值偏振態(tài)生成器，生成相應(yīng)的二值偏振態(tài)圖 像信息，輸入到加密裝置的輸入面；② 將第一激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束后，通過(guò)所述的加密裝置的 輸入面，與所述的二值偏振態(tài)圖像信息相互作用，生成攜帶有二值偏振態(tài)圖像信息 的線偏振光；③ 當(dāng)該攜帶有二值偏振態(tài)圖像信息的線偏光傳播到第一空間光調(diào)制器時(shí)，被該 第一空間光調(diào)制器具有的空間調(diào)制函數(shù)所調(diào)制，使二值偏振態(tài)圖像信息的線偏振光 中每一個(gè)像素的光的偏振態(tài)成為隨機(jī)狀態(tài)，即隨機(jī)偏振光從輸出面輸出，進(jìn)行存儲(chǔ) 或者進(jìn)入光路傳輸；(二) 解密④ 當(dāng)攜帶有二值偏振態(tài)圖像信息的隨機(jī)偏振光傳輸并經(jīng)解密裝置進(jìn)入第二空間 光調(diào)制器時(shí)，被該第二空間光調(diào)制器具有的空間調(diào)制函數(shù)解調(diào)，按與第一空間光調(diào) 制器加密時(shí)相反的時(shí)間和空間函數(shù)關(guān)系調(diào)制每個(gè)像素的偏振態(tài)，使之恢復(fù)為二值偏 振態(tài)圖像信息的線偏振光；⑤ 該二值偏振態(tài)圖像信息的線偏振光通過(guò)一檢偏器,:獲得二值強(qiáng)度圖像信息， 用一光探測(cè)器讀取其強(qiáng)度圖。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可快速的實(shí)現(xiàn)多重圖像加密，而不僅僅局限于對(duì)單幅光學(xué)圖像 的操作。光學(xué)圖像加密系統(tǒng)的安全性高，利用光偏振態(tài)的調(diào)制來(lái)加密多重光學(xué)圖像 信息，即對(duì)不同的光學(xué)圖像采用不同的偏振態(tài)來(lái)調(diào)制加密，提高了系統(tǒng)的安全性。


圖1是本實(shí)用新型多重圖像加密裝置的光學(xué)加密裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型多重圖像加密裝置的光學(xué)解密裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是二值圖像變?yōu)橄鄳?yīng)二值偏振態(tài)圖像信息的示激圖。圖4是線偏光經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器后偏振態(tài)變化的示意圖。圖中101—第一激光器，102—第二激光器，201—第一擴(kuò)束鏡，202—第一擴(kuò) 束鏡，3、 4—反射鏡，5—加密裝置原始圖像輸入面，6—第一空間光調(diào)制器，7—加 密圖像輸出面，8—解密裝置輸入面，9—第二空間光調(diào)制器，IO—透鏡，ll一檢偏 器，12—光探測(cè)器CCD， 13—計(jì)算機(jī)具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1和圖2，圖1和圖2分別是本實(shí)用新型多重圖像加密裝置的實(shí)施 例的光學(xué)加密裝置結(jié)構(gòu)示意圖和光學(xué)解密裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本 實(shí)用新型多重圖像加密裝置包括一光學(xué)圖像加密裝置和一光學(xué)圖像解密裝置，其特征在于所述的光學(xué)圖像加密裝置的構(gòu)成包括第一激光器101，沿該第一激光器101的激光輸出方向依次是第一擴(kuò)束鏡201、原始圖像輸入面5、第一空間光調(diào)制器6和加 密圖像輸出面7，所述的原始圖像輸入面5就是所述的二值偏振態(tài)圖像信息的輸入 面；所述的光學(xué)圖像解密裝置的構(gòu)成包括第二激光器102,沿該第二激光器102激 光傳播方向依次為第二擴(kuò)束鏡202、解密裝置輸入面8、第二空間光調(diào)制器9、透鏡 10、檢偏器11和光探測(cè)器12，所述的檢偏器ll與二值偏振態(tài)生成器的偏振態(tài)相對(duì) 應(yīng)；所述的第一空間光調(diào)制器6和第二空間光調(diào)制器9具有相同的結(jié)構(gòu)，但對(duì)光偏 振態(tài)的調(diào)制函數(shù)是互逆函數(shù)，這兩個(gè)空間光調(diào)制器的讕制函數(shù)的時(shí)間和空間函數(shù)關(guān) 系都由計(jì)算機(jī)13進(jìn)行控制，所述的光探測(cè)器12亦由計(jì)算機(jī)13控制并與所述的第二 空間光調(diào)制器9同步工作。本實(shí)施例的第一空間光調(diào)制器6和第二空間光調(diào)制器9具有相同的結(jié)構(gòu)， 但對(duì)光偏振態(tài)的調(diào)制函數(shù)是互逆的，這兩個(gè)空間光調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)可以通 過(guò)計(jì)算機(jī)13進(jìn)行同步控制。所述的第一激光器101與第二激光器102相同， 所述的第一擴(kuò)束鏡201與第二擴(kuò)束鏡202相同。所述的光探測(cè)器12為CCD 探測(cè)器。所述的空間光調(diào)制器為電尋址控制空間光調(diào)制器。在本實(shí)施例的加密過(guò)程中，在加密裝置圖像輸入面5的原始圖像信息是二值偏 振態(tài)圖像信息，它是由二值強(qiáng)度圖像信息通過(guò)二值偏振態(tài)生成器生成的，將二值強(qiáng) 度圖像信息變成相應(yīng)的二值偏振態(tài)圖像，如圖3所示。圖3上半部是二值強(qiáng)度圖像 信息，下半部是二值偏振態(tài)圖像信息，當(dāng)激光經(jīng)過(guò)該二值偏振態(tài)圖像信息后，其偏 振狀態(tài)分別變?yōu)榕c水平方向成45"和13『兩個(gè)不同的方向。所述的第一空間光調(diào)制 器6和第二空間光調(diào)制器9，采用holoeye公司的液晶空間光調(diào)制器LC-2002,該空 間光調(diào)制器采用電尋址，對(duì)通過(guò)它的光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制過(guò)程由計(jì)算機(jī)13 以一定的時(shí)間和空間函數(shù)關(guān)系來(lái)控制。多重圖像加密裝置實(shí)施例的工作過(guò)程是第一激光器101發(fā)出的激光首先用第 一擴(kuò)束鏡201進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后光束的大小與輸入圖像信息面5的大小相匹配為宜。 圖中3、 4是兩塊用于改變光路的全反射鏡，對(duì)于本實(shí)用新型并非必要的，只是用于 改變光路的方向。擴(kuò)束后的光束通過(guò)原始圖像的信息面5后，成為攜帶有二值偏振 態(tài)圖像信息的線偏光。當(dāng)該線偏光傳播到第一空間光調(diào)制器6時(shí)，被該第一空間光 調(diào)制器6所具有的空間調(diào)制函數(shù)調(diào)節(jié)，使調(diào)制后的圖像信息的每個(gè)像素的偏振態(tài)成 隨機(jī)變化，偏振態(tài)調(diào)制過(guò)程如圖4所示。圖中a是攜帶二值偏振態(tài)圖像信息的線偏 光的偏振態(tài)，b是第一空間光調(diào)制器對(duì)其各像素的調(diào)制函數(shù)，c是二值偏振態(tài)圖像信 息的線偏光的偏振態(tài)被第一空間光調(diào)制器調(diào)制后的偏振態(tài)，呈隨機(jī)狀態(tài)。被調(diào)制后 的圖像信息作為加密后的圖像在加密裝置輸出面7輸出，該加密后的圖像可以進(jìn)行 存儲(chǔ)或者光路傳輸。加密后圖像的解密過(guò)程是原始圖像信息的恢復(fù)過(guò)程，在光學(xué)解密裝置中，我們 利用一檢偏器11獲取原始圖像的強(qiáng)度信息，值得注意的是該檢像器11的檢偏方向 要與所述的二值偏振態(tài)圖像信息的線偏光的偏振態(tài)的偏辨方向相同。第二空間光調(diào) 制器9對(duì)加密圖像進(jìn)行解密調(diào)制時(shí)，其調(diào)制的函數(shù)關(guān)系是由計(jì)算機(jī)13來(lái)同步控制的。 對(duì)于多重圖像加密，由于不同的原始圖像以不同的偏振態(tài)調(diào)制加密，因此也需要相 應(yīng)的不同的偏振態(tài)調(diào)制來(lái)進(jìn)行解密。解密時(shí)，加密后的圖像在解密裝置輸入面8輸 入，當(dāng)傳播到第二空間光調(diào)制器9時(shí)，被該第二空間光調(diào)制器9按與加密時(shí)相反的 函數(shù)關(guān)系，調(diào)制其每個(gè)像素的偏振態(tài)，從而使加密后的光的偏振態(tài)恢復(fù)到原來(lái)二值 偏振態(tài)圖像信息的線偏光的線偏振態(tài)，通過(guò)透鏡10,經(jīng)檢偏器11進(jìn)行對(duì)原始圖像 信息的檢偏，以獲得原始圖像的強(qiáng)度信息，再用光探測(cè)器CCD12讀取其強(qiáng)度圖。整 個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)13控制。
權(quán)利要求1、一種多重圖像加密裝置，包括一光學(xué)圖像加密裝置和一光學(xué)圖像解密裝置，其特征在于所述的光學(xué)圖像加密裝置的構(gòu)成包括第一激光器(101)，沿該第一激光器(101)的激光輸出方向依次是第一擴(kuò)束鏡(201)、原始圖像輸入面(5)、第一空間光調(diào)制器(6)和加密圖像輸出面(7)，所述的原始圖像輸入面(5)就是所述的二值偏振態(tài)圖像信息的輸入面；所述的光學(xué)圖像解密裝置的構(gòu)成包括第二激光器(102)，沿該第二激光器(102)激光傳播方向依次為第二擴(kuò)束器(202)、解密裝置輸入面(8)、第二空間光調(diào)制器(9)、透鏡(10)、檢偏器(11)和光探測(cè)器(12)，所述的檢偏器(11)與二值偏振態(tài)生成器的偏振態(tài)相對(duì)應(yīng)；所述的第一空間光調(diào)制器(6)和第二空間光調(diào)制器(9)具有相同的結(jié)構(gòu)，但對(duì)光偏振態(tài)的調(diào)制函數(shù)互為逆函數(shù)，這兩個(gè)空間光調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)的時(shí)間和空間函數(shù)關(guān)系都由計(jì)算機(jī)(13)進(jìn)行同步控制，所述的光探測(cè)器(12)亦由計(jì)算機(jī)(13)控制與所述的第二空間光調(diào)制器(9)同步工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重圖像加密裝置，其特征在于所述的光探測(cè)器(12) 為CCD探測(cè)器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重圖像加密裝置，其特征在于所述的空間光調(diào)制器 為電尋址控制空間光調(diào)制器，或光尋址控制空間光調(diào)制器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的多重圖像加密裝置，其特征在于所述的原 始二值偏振態(tài)圖像信息的線偏光的偏振狀態(tài)分別為與水平方向成45"或135°兩個(gè)方 向的偏振狀態(tài)。
專利摘要一種利用光偏振態(tài)進(jìn)行多重圖像加密的裝置，包括光學(xué)圖像加密裝置和光學(xué)圖像解密裝置，所述的光學(xué)圖像加密裝置的構(gòu)成包括第一激光器，沿該第一激光器的激光輸出方向依次是第一擴(kuò)束鏡、原始圖像輸入面、第一空間光調(diào)制器和加密圖像輸出面；所述的光學(xué)圖像解密裝置的構(gòu)成包括第二激光器，沿該第二激光器激光傳播方向依次為第二擴(kuò)束器、解密裝置輸入面、第二空間光調(diào)制器、透鏡、檢偏器和光探測(cè)器；所述的第一空間光調(diào)制器、第二空間光調(diào)制器和光探測(cè)器由計(jì)算機(jī)控制。本實(shí)用新型不用改變激光源波長(zhǎng)，也不用對(duì)系統(tǒng)元件進(jìn)行機(jī)械移動(dòng)，就能夠快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)多重圖像的加密。
文檔編號(hào)G09C5/00GK201044138SQ20072006998
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者紅 何, 顧唯兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所