技术摘要：
本发明公开一种多重复杂三维场景加解密方法，用相位恢复算法为三维场景的每个颜色分层图像生成一幅相息图，并分别乘以一个随机符号函数形成有噪声干扰的光波信号。将不同三维场景不同颜色通道的有噪声干扰的相息图平面光波信号相乘形成复合光波信号；将复合光波信号分  全部
背景技术：
与一般二维图像相比，包含了物体深度信息的数字载体在三维呈现中可带给观看 者身临其境感，在机器视觉、3D电视、3D电影、3D通话、3D地图、3D游戏、航空测绘、导航、远程 医疗等领域有着广阔的发展空间。建立在双目视差3D显示原理上的双目立体图像和真3D显 示原理基础上的数字全息图是物体三维场景的两种常用记录方式，也是多媒体信息的重要 组成部分。计算机、互联网及移动智能终端的普及加速了数字作品的传播但由此也引发了 数字作品的安全保护问题，在多用户认证、内容分发及扩大加密信息容量，提高秘密信息传 输效率等方面，还需要解决多重数字作品的安全性问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种多重复杂三维场景加解密方法，用于提升包含复杂三 维场景的数字载体的安全性。 本发明采用的技术方案是： 一种多重复杂三维场景加解密方法，其包括加密步骤和解密步骤，具体如下： 加密步骤： S11)根据深度图的直方图特性确定分层数，取每一层物体深度平均值作为深度 值，并将深度值转换为物体层面与相息图平面之间的菲涅耳衍射距离； S12)利用一对多平面的改进相位恢复算法生成分别对应于R、G、B三种颜色通道的 相息图，相息图呈现随机信号特性； S13)对每幅相息图平面的光波分布乘以一个随机符号函数形成有噪声干扰的相 息图平面光波分布信号； S14)将来自不同三维场景不同颜色通道的有噪声干扰的相息图平面光波分布信 号相乘形成包含多个三维场景的复合光波信号； S15)将该复合光波信号分解为两个相位函数相乘，取其中一个相位函数用作公用 的加密相位模板，另一个与干扰抑制信号组合形成用于解密的相位函数； S16)对用于解密的相位函数计算特定波长与距离的菲涅尔逆衍射得到幅度和相 位，其中将幅度用于相位恢复算法(GSA)以生成第一解密相位模板，相位与第一解密相位模 板用GSA算法中的参数经正向衍射形成的相位信号组合形成第二解密相位模板。 解密步骤： S21)搭建虚拟光路，在虚拟光路的特定平面分别放置级联结构形式的公用的加密 相位模板及用于解密三维场景单个颜色分量所对应的第一和第二解密相位模板； S22)计算平行光照射下虚拟光路中特定观测面的衍射像，获得原始三维场景单个 5 CN 111583395 A 说　明　书 2/8 页 颜色分量重建像并存储； S23)改变第一和第二解密相位模板对，获得各个三维场景的R、G、B颜色分量重建 像并存储； S24)组合各个三维场景的R、G、B颜色分量重建像，获得彩色三维场景重建像。 进一步地，步骤S11)中用[D1，D2]表示第i层物体所在深度区间，该层的深度值取 对应于第i层物场信息的菲涅耳衍射距离用公式(1)表示； 其中dmin表示最近物面到相息图平面距离，dmax表示最远物面到相息图平面距离。 进一步地，步骤S12)的具体方法为： 步骤S12-1)相息图平面设置为初始纯相位函数，分别计算波长为λ，距离为di的菲 涅尔衍射逆变换，获得三维场景层面1至M层的衍射光波复信号； 步骤S12-2)对各层面的衍射光波复信号用相应层面的物场信息图像替代复信号 中的振幅，保留相位得到经幅度约束后的各层面衍射光波信号； 步骤S12-3)对各层面经幅度约束后的信号计算菲涅尔衍射得到相息图平面的复 振幅信号； 步骤S12-4)将相息图平面的复振幅信号求平均，保留相位并将其振幅调制为1得 到纯相位函数； 步骤S12-5)该纯相位函数作为下一次初始物波函数重新迭代，直至算法收敛或达 到迭代次数。 进一步地，步骤S14)中复合光波信号S(u,v)用公式(2)表示。 其中，s1R(u,v) ...sNB(u,v)分别表示三维场景R、G、B三个颜色通道的所使用的随 机符号函数，exp( )表示指数函数，j表示虚数单位 表示N项求和运算， 表示第 k个三维场景的R颜色分量所对应的相位。 进一步地，步骤S15)中将复合光波信号S(u,v)分解为两个相位函数P1(u,v)与P2 (u,v)相乘，即 S(u,v)＝P1(u,v)  P2(u,v)                                             (3) 其中 函数angle( )表示取相位；P1(u,v)用作公 用加密相位模板，即加密相位模板 P2(u,v)与干扰抑制信号组合共同用 于构建级联结构形式的解密相位模板D1和D2。 进一步地，步骤S15)中解密的相位函数D(u,v)表示为： D(u,v)＝P2(u,v)I(u,v) 其中，I(u,v)表示干扰抑制信号。 6 CN 111583395 A 说　明　书 3/8 页 进一步地，步骤S16)的具体步骤如下： 步骤S16-1)对组合后的信号D(u,v)计算波长为λ，距离为Z1的菲涅尔衍射逆变换， 得到幅值A和相位ψ，如公式(6)所示， 其中符号IFrT表示菲涅尔衍射逆变换； 步骤S16-2)对幅值A使用波长为λ且距离为Z2的菲涅尔域相位恢复算法产生第一 解密相位模板ejθ，即第一解密相位模板ejθ与幅值A之间满足公式(7)： 其中符号“|  |”表示取幅值运算，将ejθ作为第一解密相位模板，即第一解密相位模 板D ＝ejθ1 ； 步骤S16-3)对第一解密相位模板ejθ计算参数为波长为λ且距离为Z2的菲涅尔衍射 正变换，获得相位φ，如公式(8)所示， 步骤S16-3)组合相位ψ和相位φ获得第二解密相位模板D2，即D ＝ej(ψ-φ)2 。 进一步地，步骤S24)中三维场景i第m层的重建信号表示为： 其中，D1表示第一解密相位模板，D2表示第二解密相位模板，E表示公用的加密相位 模板，符号 表示波长为λ且距离为dm的菲涅尔衍射正变换，符号 波长为λ且距离为 z1的菲涅尔衍射正变换，符号 表示波长为λ且距离为z2的菲涅尔衍射正变换。 本发明采用以上技术方案，为了解决承载复杂三维场景的数字作品的安全问题， 首先针对每个彩色复杂三维场景根据深度形成对应于R、G、B颜色分量的分层图像，再用改 进的相位恢复算法为各个三维场景每个颜色分量所对应的分层图像生成一幅相息图，相息 图显现随机信号特性。对每幅相息图所对应的光波分布乘以一个随机符号函数形成有噪声 干扰的相息图光波分布信号。将来自不同三维场景不同颜色通道的有噪声干扰的相息图光 波分布信号相乘形成包含多个三维场景的噪声形式的复合光波信号；将该复合光波信号分 解为两个相位函数相乘，取其中一个相位函数用作公用的加密相位模板，另一个与干扰抑 制信号组合形成解密用相位函数。对解密用相位函数计算特定波长与距离的菲涅尔逆衍射 得到幅度和相位，其中将幅度用于相位恢复算法(GSA)以生成第一解密相位模板，相位与第 一解密相位模板用GSA算法参数经正向衍射形成的相位信号组合形成第二解密相位模板。 通过虚拟光路中级联结构的加密相位模板与第一和第二解密相位模板，可解密出各颜色分 量的三维场景，将来自同一三维场景的R、G、B分量组合可恢复彩色三维场景。测试结果表 明，所提出的方法具有良好的安全性和稳健性。错误的解密相位模板或重建参数不匹配都 将导致三维场景重建失败，而加密相位模板在遭受剪切或叠加一定强度高斯噪声情况下， 仍可重建三维场景。 附图说明 以下结合附图和