图像信息是日常生活中信息交流的重点，因此近年来研究者们不断推陈出新地提出各种图像加密方法来实现图像传输中的保密性。环顾国内外的研究成果，较为成熟的图像加密技术中包含生物特征识别加密、量子加密、光学双随机相位加密和相移干涉加密等。指纹、声音、虹膜等加密方法是基于生物特征识别的，生物个体具有不变性和唯一性，因此这种方法的保密性好，在多个领域实现了广泛应用。但在实际运用中生物的数据库一旦被获取，就极容易遭受攻击。量子加密是目前极具保密性的一种加密方法，因为量子的固有性质使得密码一旦被盗取就会检测到，这种优点是其他加密算法难以实现的，但由于受到传输距离的限制无法实现商业化。学者们还利用光学设备实现双随机相位加密和相移干涉加密等技术，这种方法信息量大、速度快，但不可规避光路的烦琐复杂和硬件设备的局限性。本章所用到的计算全息加密术是一种虚拟光学技术，它借助计算机模拟实现全息加密和解密的过程，不涉及光学全息的干板记录和处理，克服了传统光学加密技术对实验设备的依赖，应用方便，功能强大，处理速度快，可以实现实时化。
在研究计算全息相位计算的基础上，针对当今信息安全传输的保密性问题，本章提出了一种基于纯相位计算全息图的二步加密算法。下面阐述算法的整体设计思路，加密解密步骤如图8-2所示。
当我们得到一个要进行传输的图像信号，首先根据第4章的内容，利用相位恢复算法获得图像的相位分布，编码制作原始图像的纯相位计算全息图，这时的图像已经被隐藏了；第一步的加密是利用上述的压缩感知理论，用小波基对纯相位全息图做稀疏变换，得到它的稀疏系数，对此时的数据使用高斯随机矩阵测量得到它的测量值，即进行了降采样和初次加密。这一步原始信号的数据量变小，使得信号传输和存储的容量大大减小。第二步的加密是通过分块Arnold变换模型置乱，就得到了最终可以进行传输的高保密性的图像。这里将压缩感知的测量矩阵作为密钥1，分块Arnold变换的置乱次数与添加干扰信息的位置作为密钥2，以便接收端解密时使用。当信号传输到目的地时，解密相当于加密的逆过程。先根据发送端提供的密钥2对经过两步加密的图像做Arnold逆变换，然后根据密钥1结合压缩感知重构信号的原理，对图像进行恢复得到稀疏系数，做稀疏反变换得到重构图像。经过了二次解密的信号只需通过光学全息再现或者计算全息再现就可以得到原始信号。(www.xing528.com)
图8-2 图像两步加密解密方案流程
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