全息加密技術作為一種特殊的加密方法被廣泛應用于信息加密和防偽等領域。在全息加密過程中，光波的波長、記錄距離和入射角度等參數用做加密密鑰和解密密鑰被人們深入研究，但所加密的信息幾乎都是二維信息。為此利用一種基于虛擬光學的對三維信息進行加密的方法，將三維物體的大小作為一個新的密鑰被引入安全全息加密算法，其安全性能得到了極大提高。

一、全息加密原理

Fresnel離軸全息最早是Schnars和Juptner提出來的，它的記錄和再現過程如圖1所示。全息圖的記錄過程就相當于全息加密的過程；全息再現過程就對應于解密過程。

在全息加密過程中，用黃氏編碼法生成Fresnel計算全息圖；在解密，即計算全息再現過程中，使用空間濾波的方法消除零級像和孿生的一級衍射像，這樣處理還可以增加圖像的分辨率和亮度。

用計算機模擬計算全息圖的再現像過程，根據全息原理可知，在觀察距離等于記錄距離(解密密鑰等于加密密鑰)的觀察屏上可以看到二維切片清晰的再現像。理論上通過一系列的二維切片的再現，就可以得到我們加密的三維物體的再現像。

二、圖像質量的客觀評價方法

PSNR法在圖像的壓縮技術中用來評價解壓后圖像的質量，這里我們用它來評價再現像的質量。其表達式為：

其中，MSE為：

式中f(x，y)表示理想的圖像；g(x，y)表示在觀察屏上得到的實際圖像。用PSNR法評價圖像時，其PSNR值越大，說明觀察屏上的圖像越好。

前面已經提到，為了綜合三維物體的計算全息圖(即全息加密)，我們將空間物體分割成了一系列等間隔的二維切片。為了評價解密的三維物體質量，要對公式(1)進行適當修改：

其中，i是二維切片的序數；PSNRtotal是三維圖像的最終PSNR值。值得注意的是，每一個二維切片解密時都對應一個不同的解密密鑰(記錄距離)，所以PSNRi就是對應不同記錄距離的二維切片的PSNR值。

三、計算機模擬及討論

在虛擬光學的計算機模擬過程中，我們將一個空間立方體作為全息加密的原始物體，并將它分割成等間隔的8個二維切片。相對于單幅二維圖像的加密解密而言，三維物體的記錄距離(第一個切片到全息面的距離)和立方體的大小(第一個切片到第八個切片間的距離)這兩個參數都可以被用做加密和解密密鑰，后者更具安全性。8個不同記錄距離的切片綜合成一張計算全息圖。再現時，在觀察屏上可以看到空間立方體的像，該像所包含的8個不同切片有其各自的再現距離。

1、單個二維切片的加密和解密

首先，空間立方體的某一個二維切片可以看作是被全息加密的圖像，以記錄距離、參考光波波長和參考光波與全息圖的夾角作為加密密鑰，通過計算機模擬計算，生成計算全息圖(加密過程)。圖2(a)中，二維切片的大小為8cm X8cm (256><256像素)，記錄距離為0.4m，參考光波與全息圖的夾角a) G9G=1。：圖2(b)—(f)是保持加密密鑰中的參考光波波長和參考光波與全息圖夾角不變，改變密鑰中的再現距離所觀察到的再現像。再現距離d從0.35m變化到0.46m。

在這里我們用PSNR來客觀評價解密圖像的質量。不同的解密密鑰對應不同的再現像，不同的再現像質量有不同的PSNR值。圖3是解密密鑰與圖像質量( PSNR)關系圖。圖中波峰A點的解密密鑰(再現距離)等于加密密鑰(記錄距離)，所以再現圖像質量最好，相應的PSNR值最大；當解密密鑰在加密密鑰的一定范圍內變化(如在B點和C點間變動)，圖像質量將會下降，但仍可被觀察者所接受。

2、整個三維物體的加密與解密

對于空間立方體的加密過程，需要用到所有的8個二維切片。第一步，計算單個切片在全息平面上的光場分布；第二步，將上一步中所得的8個光波場進行迭加，求其總的光場分布；第三步，用黃氏編碼法對總光波場進行編碼，進而生成計算全息圖。三維物體的解密圖像，我們可以用一個接收屏或者CCD去接收。接收屏或CCD上將同時接收到8個二維切片的解密圖像，但它們解密密鑰各不相同，其中再現距離以等步長間隔依次增加。圖4就是在接收屏或CCD上觀察到的三維物體的再現像。

圖4(a)是8個二維切片在平面投影圖；圖4(b)一(f)接收屏或CCD到全息平面的距離改變對再現三維物體的影響。

在接收屏或者CCD上能夠同時觀察到每一個切片的解密圖像，但是它們相應的解密密鑰卻并不相同，如前所述，解密密鑰為等差數列，公差就是切片間隔。用公式(3)表示的修正PSNR法對三維物體進行評價時，要將8個等間隔的切片作為一個整體看待，保持間隔不變整體進行前后移動，從而得到三維像的評價結果，如圖5所示。A點能夠觀察到清晰的三維物體再現像，在BC點區間內得到的再現像也能夠被人眼分辨。通過幾何光學計算，我們發現BC點間的距離大致與系統景深相等。至此模擬實驗的結果與傳統光全息觀察結果相一致，所以可以得出結論：修正PSNR法是一種有效的評價三維物體再現像的客觀方法。

該方法較衍射效率，點擴散函數和分辨率等再現圖像評價方法更直接更有效。修正PSNR法可以用來建立三維圖像評價標準，這對于三維研究有極重要的作用。

小知識之PSNR

峰值信噪比，一種評價圖像的客觀標準。是指到達噪音比率的頂點信號，psnr一般是用于最大值信號和背景噪音之間的一個工程項目。通常在經過影像壓縮之后，通常輸出的影像都會在某種程度與原始影像不同。為了衡量經過處理后的影像品質，我們通常會參考PSNR值來衡量某個處理程序能否令人滿意。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机二维全息图原理,三维信息加密如何使用计算全息进行的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。