CN114119417A - 一种图像处理方法、***及存储介质 - Google Patents

一种图像处理方法、***及存储介质 Download PDF

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CN114119417A CN202111425553.8A CN202111425553A CN114119417A CN 114119417 A CN114119417 A CN 114119417A CN 202111425553 A CN202111425553 A CN 202111425553A CN 114119417 A CN114119417 A CN 114119417A
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程茵
许冰
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Beijing China Power Information Technology Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提供了一种图像处理方法、***及存储介质。其中，方法包括：将纯相位掩模输入空间光调制器内，以使空间光调制器基于纯相位掩模对入射至空间光调制器的激光束进行调制；对目标图像进行比特平面分层处理，获得多个二值图像；将具有预设间隔距离的多个二值图像设置在空间光调制器和桶探测器之间，经空间光调制器出射的光束穿过各二值图像后到达桶探测器，以使桶探测器基于纯相位掩模和二值图像的位置信息得到光强度；将一个二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为目标图像的加密结果。本发明能够提高图像恢复质量。

Description

一种图像处理方法、***及存储介质
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种图像处理方法、***及存储介质。
背景技术
光学图像加密技术是一种利用光学参量对图像进行加密的新型图像加密技术，光学图像加密技术因具有高速度、并行处理能力、多个参数共同控制等优势，受到越来越多研究者的关注。由于传统的光学单幅图像加密技术很难保证图像信息的高速交换，光学多图像加密技术得到了广泛应用。然而，随着加密图像数量的增加，图像恢复质量却在逐渐下降。因此，如何提高图像恢复质量是十分必要的。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种图像处理方法、***及存储介质，能够提高图像恢复质量。具体技术方案如下：
本发明提供了一种图像处理方法，包括：
基于哈达玛矩阵获得多个纯相位掩模；
将一个所述纯相位掩模输入空间光调制器内，以使所述空间光调制器基于所述纯相位掩模对入射至所述空间光调制器的激光束进行调制；
对目标图像进行比特平面分层处理，获得多个二值图像；
将具有预设间隔距离的多个所述二值图像设置在所述空间光调制器和桶探测器之间，经所述空间光调制器出射的光束穿过各所述二值图像后到达所述桶探测器，以使所述桶探测器基于所述纯相位掩模和所述二值图像的位置信息得到光强度；
判断是否已将多个所述纯相位掩模均输入至所述空间光调制器内；若否，则返回步骤“将一个所述纯相位掩模输入空间光调制器内”；若是，则将一个所述二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与所述二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为所述目标图像的加密结果。
可选地，还包括：
基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像；
将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像；所述重构二值图像的个数为多个；
对多个所述重构二值图像进行同一像素位置的灰度值累加操作，得到重构后的目标图像。
可选地，所述基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像，具体包括：
采用平滑算法，基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像。
可选地，所述基于哈达玛矩阵获得多个纯相位掩模，具体包括：
采用哈达玛矩阵每一行元素生成一个二维图像的方式，生成多个二维图像；所述二维图像的个数与所述哈达玛矩阵的行数相同；
采用迭代相位检索算法从所述二维图像中获得纯相位掩模；所述纯相位掩模的个数与所述二维图像的个数相同。
可选地，所述对目标图像进行比特平面分层处理，获得多个二值图像，具体包括：
获取多个比特平面；所述比特平面的灰度值范围与多位二进制中的一位数值范围相同；
将所述目标图像各像素的灰度值进行二进制转换，得到多个二进制数；
将每个所述二进制数赋值于对应的比特平面上，得到多个二值图像；所述二值图像的个数与所述比特平面的个数相同。
本发明还提供一种图像处理***，包括：激光器、空间光调制器和桶探测器；
将具有预设间隔距离的多个二值图像设置在所述空间光调制器和桶探测器之间，所述激光器发出的激光束照射至所述空间光调制器，经所述空间光调制器出射的激光束穿过各所述二值图像后到达所述桶探测器；所述多个所述二值图像是对目标图像进行比特平面分层处理得到的；
所述空间光调制器内设置有一个纯相位掩模；所述纯相位掩模是基于哈达玛矩阵得到的；所述空间光调制器基于所述纯相位掩模对入射至所述空间光调制器的激光束进行调制；
所述桶探测器基于所述纯相位掩模和所述二值图像的位置信息得到光强度；在将哈达玛矩阵得到的多个纯相位掩模均已依次输入至所述空间光调制器后，所述桶探测器将一个所述二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与所述二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为所述目标图像的加密结果。
可选地，还包括：
处理器；
所述处理器与所述桶探测器电连接；
所述处理器基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像；将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像；所述重构二值图像的个数为多个；对多个所述重构二值图像进行同一像素位置的灰度值累加操作，得到重构后的目标图像。
可选地，所述处理器采用平滑算法，基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像。
可选地，所述预设间隔距离大于或等于1×10-3m。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现上述的图像处理方法。
本发明实施例提供的一种图像处理方法、***及存储介质，通过对目标图像进行比特平面分层处理获得多个二值图像，基于二值图像进行光学图像加密，相比于直接利用彩色图像或者灰度图像进行光学图像加密来说，二值图像带有的数据量少，在重构图像时有利于提高图像恢复质量。
此外，将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像，重构二值图像个数少于解密后的二值图像个数，利用部分二值图像即可得到重构后的目标图像，压缩了数据量，减小了计算时占用的内存。并且在重构目标图像前，通过平滑算法优化解密后的二值图像，有利于降低串扰噪声，提高复用能力，增强图像恢复质量。
当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的图像处理方法流程图；
图2为本发明实施例提供的纯相位掩模迭代过程流程图；
图3为本发明实施例提供的图像处理***结构图；
图4为本发明实施例提供的二值图像、纯相位掩模、相关系数示意图；
图5为本发明实施例提供的计算鬼成像结果对比示意图；
图6为本发明实施例提供的分层后的二值图像示意图；
图7为本发明实施例提供的重构后的二值图像示意图；
图8为本发明实施例提供的优化结果对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种图像处理方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：基于哈达玛矩阵获得多个纯相位掩模。
作为一可选的实施方式，基于哈达玛矩阵获得多个纯相位掩模的方法可以为：采用哈达玛矩阵每一行元素生成一个二维图像的方式，生成多个二维图像；二维图像的个数与哈达玛矩阵的行数相同；采用迭代相位检索算法从二维图像中获得纯相位掩模；纯相位掩模的个数与二维图像的个数相同。
可选地，使用2阶矩阵可以构造2k阶的哈达玛矩阵，k为正整数。其中，2阶矩阵为：
Figure BDA0003378246280000051
可以使用以下递归公式获得具有2k阶的哈达玛矩阵：
Figure BDA0003378246280000052
从上式可以看出，任何阶数的哈达玛(Hadamard)矩阵都是正方形且对称的，其中每个元素等于+1或-1。
若纯相位掩模的大小是P×Q像素，满足条件P×Q＝2k。在此基础上，2k阶哈达玛矩阵的每一行都可以用P×Q像素重新排列成二维图像，二维图像的个数与哈达玛矩阵的行数相同，均为2k。由于哈达玛矩阵的元素为-1或1，生成二维图像时矩阵中值为-1的元素将被设置为0。然后使用迭代相位检索算法从2k个二维图像中检索出2k个纯相位掩模。这些纯相位掩模可以在后续计算过程中全部或部分使用。
将第i个二维图像设为fi(μ,υ)，(μ,υ)表示二维图像平面坐标，相应的纯相位掩模设为
Figure BDA0003378246280000053
Figure BDA0003378246280000054
为第i个相位函数，x为横坐标，y为纵坐标，fi(μ,υ)位于图像平面中，纯相位掩模位于纯相位掩模平面中。图2示出了纯相位掩模迭代过程流程图，图2中的1表示迭代起点。迭代相位检索算法的迭代过程如下:
在纯相位掩模平面中生成估计相位掩模
Figure BDA0003378246280000061
该估计相位掩模会在后续的迭代中被更新。第i个初始相位函数
Figure BDA0003378246280000062
在[0，2π]范围内，初始相位的个数为P×Q个。
在第n次迭代中，波向前传播到像平面。合成的第i个复值波前为:
Figure BDA0003378246280000063
式中，
Figure BDA0003378246280000064
表示第i个复值波，FwP表示自由空间波随光波长λ和轴向距离z的传播，
Figure BDA0003378246280000065
为第n次迭代中第i个相位函数。
将二维图像fi(μ,υ)作为图像平面上的幅值约束，
Figure BDA0003378246280000066
更新为:
Figure BDA0003378246280000067
式中，
Figure BDA0003378246280000068
为更新后的复值波，arg(·)为提取自变量的相位函数。
从图像平面到纯相位掩模平面实现波的反向传播，相应的过程可以表示为：
Figure BDA0003378246280000069
式中，
Figure BDA00033782462800000610
为更新后的图像。
在不停止迭代过程的情况下，传播结果只有
Figure BDA00033782462800000611
保留到下一轮迭代中。第n+1轮迭代的相位函数为:
Figure BDA00033782462800000612
为了判断迭代过程是否已停止，将估算的输出幅值
Figure BDA00033782462800000613
与所需模式图像fi(μ,υ)之间的相关系数CC：
Figure BDA00033782462800000614
式中，E[·]表示期望值运算符。
当计算得到的相关系数CC不小于预设阈值时，迭代结束。通常，将接近于1的值设置为CC的阈值，这样可以获得较好的迭代结果。可选地，预设阈值的范围在0.75-0.99之间。重复上述迭代过程，直到CC值达到或超过预设阈值，迭代过程完成时的更新结果
Figure BDA0003378246280000071
将作为纯相位掩模。
步骤102：将一个纯相位掩模输入空间光调制器内，以使空间光调制器基于纯相位掩模对入射至空间光调制器的激光束进行调制。
与常规的计算鬼成像不同，在本发明的方法中将嵌入到空间光调制器中的随机相位掩模替换为纯相位掩模，可以使用少量相关强度来高质量地重构原始图像。
步骤103：对目标图像进行比特平面分层处理，获得多个二值图像。
由于鬼成像对于距离具有较高的敏感性，因此本发明提出一种基于计算鬼成像和位置复用的多图像加密方法，由于二值图像相较于灰度图像包含的信息更少且计算鬼成像对于二值图像比灰度图像具有更好的效果，所以在对图像加密之前先使用图像的比特平面分层方法将目标图像分层为多个二值图像。
作为一可选的实施方式，在获得多个二值图像的方法可以为：获取多个比特平面；比特平面的灰度值范围与多位二进制中的一位数值范围相同；将目标图像各像素的灰度值进行二进制转换，得到多个二进制数；将每个二进制数赋值于对应的比特平面上，得到多个二值图像；二值图像的个数与比特平面的个数相同。
比特平面分层处理是把十进制的灰度值转化为二进制，灰度值范围[0,255]即灰度值有28种取值。可选地，(0～2)对应第1二值图像，灰度值为(2～4)对应第2二值图像，灰度值为(4～8)对应第3二值图像，(8～16)对应第4二值图像，(16～32)对应第5二值图像，(32～64)对应第6二值图像，(64～128)对应第7二值图像，(128～255)对应第8二值图像。若图像存在对应二值图像的灰度值，像素值赋值为255(对应为白色)，不在该范围内，赋值为0(对应为黑色)。所以结果的二进制最多有8位，每一位取值0或1，对应每个比特平面上的值，例如十进制90转为二进制01011010，则在第一个比特平面到第八个比特平面上的值依次为0-1-0-1-1-0-1-0(取反序也可以，只要在重构时知道当前比特平面的值乘以2的多少次方即可)，对原图上的每个点做相同的处理，最终可以得到8个比特平面，即得到8个二值图像。
步骤104：将具有预设间隔距离的多个二值图像设置在空间光调制器和桶探测器之间，经空间光调制器出射的光束穿过各二值图像后到达桶探测器，以使桶探测器基于纯相位掩模和二值图像的位置信息得到光强度。
图3为图像处理***结构图，从图3可以看出，多个二值图像间隔设置在空间光调制器和桶探测器之间，激光器发出的激光束穿过透镜达到空间光调制器，激光束为准直照明，空间光调制器中嵌入有纯相位掩模，光波由纯相位掩模进行调制，所得的散斑图案在距离空间光调制器平面的轴线距离上穿过二值图像，由位于二值图像后方无空间分辨率的桶探测器收集光强度信息，光强度公式如下：
Figure BDA0003378246280000081
其中，
Ii,k(x,y)＝|Ei,k(x,y)|2
Figure BDA0003378246280000082
Figure BDA0003378246280000083
式中，Bi,k表示在空间光调制器嵌入第k个纯相位掩模后第i个二值图像对应的光强度，Ii,k(x,y)表示在空间光调制器嵌入第k个纯相位掩模后光束照到第i个二值图像表面时的光场强度，Ti(x,y)表示第i个二值图像的透过率分布，在加密第i个二值图像时，将二值图像放置于距离激光器的zi处，空间光调制器引入N个相位Rk，k＝1,…，N，N个数与纯相位掩模的总个数相同，Ei,k(x,y)表示纯相位掩模
Figure BDA0003378246280000084
的自由空间传播场，(x,y)为二值图像的坐标，对于每一个嵌入到空间光调制器的纯相位掩模
Figure BDA0003378246280000085
利用菲涅尔衍射可以得到轴距处的自由空间传播场，h(x,y,z)表示菲涅耳传播的点脉冲函数，z表示轴向距离，λ表示波长。
步骤105：判断是否已将多个纯相位掩模均输入至空间光调制器内；若否，则返回步骤102；若是，则执行步骤106。
可选地，可以将步骤101生成的所有纯相位掩模均依次输入至空间光调制器内，也可以将步骤101生成的部分纯相位掩模依次输入至空间光调制器内，一次只输入一个纯相位掩模至空间光调制器中，若预设个数的纯相位掩模都以完成输入至空间光调制器的操作，则执行后面步骤，否则，继续输入一个纯相位掩模至空间光调制器中。
步骤106：将一个二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为目标图像的加密结果。
在本实施例中，对目标图像的加密结果体现在每个二值图像对应的光强度序列，二值图像的一个像素值对应一个光强度，将一个二值图像的所有像素对应的光强度按从左到右、从上到下的顺序排列成一维强度矢量，将各个二值图像的一维强度矢量依次排列形成二维强度矢量，将该二维强度矢量作为目标图像的加密结果。当然，若有多个待加密的目标图像，则将每个目标图像的二值图像均按照上述步骤生成二维光强度矢量。
本发明通过图像的比特分层方法将一幅灰度图像分层为八幅二值图像，使用计算鬼成像对分层后的八幅二值图像通过位置复用进行多图像加密，并且在加密时利用鬼成像对距离敏感的特性，通过使用具有不同衍射距离的计算鬼成像将每个二值图像加密为强度矢量，能够提高图像恢复质量。
作为一可选的实施方式，本发明提供的图像处理方法，还包括：
基于纯相位掩模对加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像；将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像；重构二值图像的个数为多个；对多个重构二值图像进行同一像素位置的灰度值累加操作，得到重构后的目标图像。
在本实施例中，基于纯相位掩模对加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像的方法可以采用如下公式得到解密后的二值图像：
Figure BDA0003378246280000091
式中，Gi(x,y)表示解密后的二值图像，N表示与第i个二值图像对应的光强度总个数，·表示整体平均计算。
由于比特平面分层处理可以直观的看到某一灰度范围对图像的贡献，白色为有贡献，黑色无贡献，最终，可以通过某几层主要贡献层重建原图，进而实现图像压缩。每个比特平面(即二值图像)都记录着原图的一定信息，结合8个比特平面就可以得到目标图像，当然集合部分的比特平面也可以得到大致的目标信息，重构方法是获取各个比特平面的值，转化为10进制数，累加后放到一个平面上，相当于分层的逆处理。由于越大的灰度值对应的二值图像对重构图像的贡献越大，因此，本实施例中，可以选取后三个二值图像也可以选取后四个二值图像作为重构二值图像。本发明通过利用部分二值图像即可得到重构后的目标图像，压缩了数据量，减小了计算时占用的内存。
作为一可选的实施方式，本发明采用平滑算法，基于纯相位掩模对加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像。由于在重构目标图像前通过平滑算法优化解密后的二值图像，有利于降低串扰噪声，提高复用能力，增强图像恢复质量。
本发明还提供一种图像处理***，如图3所示，该***包括：激光器、空间光调制器和桶探测器。当然，该***还可以包括透镜和处理器。透镜设置在激光器和空间光调制器之间，处理器与空间光调制器和桶探测器电连接。
将具有预设间隔距离的多个二值图像设置在空间光调制器和桶探测器之间，激光器发出的激光束照射至空间光调制器，经空间光调制器出射的激光束穿过各二值图像后到达桶探测器；多个二值图像是对目标图像进行比特平面分层处理得到的；空间光调制器内设置有一个纯相位掩模；纯相位掩模是基于哈达玛矩阵得到的；空间光调制器基于纯相位掩模对入射至空间光调制器的激光束进行调制；桶探测器基于纯相位掩模和二值图像的位置信息得到光强度；在将哈达玛矩阵得到的多个纯相位掩模均已依次输入至空间光调制器后，桶探测器将一个二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为目标图像的加密结果。可选地，预设间隔距离大于或等于1×10-3m。
处理器基于纯相位掩模对加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像；将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像；重构二值图像的个数为多个；对多个重构二值图像进行同一像素位置的灰度值累加操作，得到重构后的目标图像。
作为一可选的实施方式，处理器采用平滑算法，基于纯相位掩模对加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像。
在图3中的***中，激光器(可选为氦氖激光器)发射632.8nm平面波。在采集光的强度分布时，一系列的纯相位掩模进入空间光调制器，图像像素间距为20μm，激光器发射的激光束为740μm。图3中，空间光调制器位于z＝0处，z表示轴向距离，二值图像T1、T2、T3…Tj…Tn间隔设置在透镜和桶探测器之间，二值图像T1的轴向距离为z1，二值图像T2的轴向距离为z2，二值图像T3的轴向距离为z3，二值图像Tj的轴向距离为zj，二值图像Tn的轴向距离为zn，二值图像T1、T2、T3…Tj…Tn可以为间隔相同，也可以间距不同，相邻两个二值图像之间的最小间隔为Δz≥1×10-3m。
图4(a)显示了从哈达玛矩阵的一行有序生成的图像，这表明图像的大小为64×64像素。图4(b)显示了纯相位掩模图像。图4(c)中绘出了迭代次数与相关系数的关系，从图4(c)中可以看出，相位检索过程具有较高的收敛速度。经过15次迭代，相关系数值可以达到0.95以上。在鬼成像过程中，任何两个纯相位的掩模之间不存在强相关性。图4(d)为纯相位掩模之间的相关性，其中每个系数都是由第一个掩模和另一个掩模之间计算得到的。可以看出，这些纯相位的掩模是强不相关的，这意味着这些掩模可以满足***要求。本发明将原始图像与重构图像的峰值信噪比(PSNR)进行了如下计算：
Figure BDA0003378246280000111
式中，f表示原始图像，g表示重构图像，MSE表示原始图像与重构图像的均方误差。均方误差(MSE)表示为：
Figure BDA0003378246280000112
式中，M为图像的行元素总数，N为图像的列元素总数，i为图像的行元素，j为图像的列元素。
待加密的灰度图像(即目标图像或原始图像)如图5(a)所示，其大小为64×64像素。图5(b)是直接使用计算鬼成像进行重构的结果。直接使用计算鬼成像重构的结果的相关系数CC值为0.7631，可以看出重构后的图像与原始图像差距较大。
本发明的方法先使用比特分层算法将原始灰度图像分层为八幅如图6(a)-(h)所示的二值图像，灰度图像中包含的大量信息也转化为了较为容易保存与传输的信息。图6(a)为第1二值图像，图6(b)为第2二值图像，图6(c)为第3二值图像，图6(d)为第4二值图像，图6(e)为第5二值图像，图6(f)为第6二值图像，图6(g)为第7二值图像，图6(h)为第8二值图像。
加密时第1二值图像放置在距离空间光调制器z1＝5cm处，每幅二值图像之间的最小间隔为Δz≥1×10-3m即可，每两幅图像之间的间距可选择不同的值，可选地，选取相同的Δz作为图像间距。当所有纯相位掩模按顺序嵌入时，用桶形检测器收集的8组4096个测量强度组成的一维矢量被认为是密文。在重构时使用SL0平滑算法进行优化可以重构得到图7(a)-(h)所示的八幅二值图像。图7(a)为重构后的第1二值图像，图7(b)为重构后的第2二值图像，图7(c)为重构后的第3二值图像，图7(d)为重构后的第4二值图像，图7(e)为重构后的第5二值图像，图7(f)为重构后的第6二值图像，图7(g)为重构后的第7二值图像，图7(h)为重构后的第8二值图像。
从视觉上可以观察到图6(a)-(h)和图7(a)-(h)相对应的每幅图像几乎相同，于是通过相关系数CC、均方误差MSE、结构相似度SSIM和峰值信噪比PSNR来对重构前后的结果进行比较分析，如表1所示，可以看出SSIM和CC都达到了1，说明重构之后的二值图像跟加密前的完全一样。
表1对比表
1 2 3 4 5 6 7 8
MSE 5.34e-27 2.23e-27 4.31e-27 2.19e-27 2.85e-27 3.1e-27 1.78e-27 2.49e-27
PSNR 310.856 314.621 311.783 314.732 313.582 313.214 315.636 314.174
SSIM 1 1 1 1 1 1 1 1
CC 1 1 1 1 1 1 1 1
接下来使用比特面重构方法来将八幅二值图像重构为一幅灰度图像，分别用四个高阶比特平面重构(重构比特平面后4个，即第5二值图像到第8二值图像)和三个高阶比特平面重构(重构比特平面后3个，即第6二值图像到第8二值图像)。重构结果如图8所示，8(a)(c)是采用三个高阶比特平面重构的图像，(b)(d)是采用四个高阶比特平面重构的图像，其中，8(a)(b)是用直接鬼成像解密后的八幅二值图像恢复的结果，(c)(d)是在解密八幅二值图像时使用SL0算法进行优化后再重构的图像。
图8(a)(b)与原始图像的CC(相关系数)分别为0.8884和0.8887，比直接使用计算鬼成像的重构结果明显改善了很多，但都还是存在串扰噪声。为了降低串扰噪声，提高图像质量，在重建八幅二值图像时使用SL0平滑算法，图8(c)(d)与原始图像的CC(相关系数)分别为0.9988和0.9997，几乎接近1，而且SSIM(结构相似性)达到了0.9923和0.9981，也近乎为1。显然，结果是令人满意的。这说明我们提出的多图像加密的方案具有很高的复用能力。而且在重构灰度图像时仅使用了三、四个高阶比特就可达到非常好的重建结果，在加密和传输时可以仅传输后三、四幅二值图像即可，也大大减少了传输的数据量，提高了传输效率。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现上述图像处理方法。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有上述的图像处理方法包括的步骤的程序。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、***和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(CPU)、存储器和总线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
基于哈达玛矩阵获得多个纯相位掩模；
将一个所述纯相位掩模输入空间光调制器内，以使所述空间光调制器基于所述纯相位掩模对入射至所述空间光调制器的激光束进行调制；
对目标图像进行比特平面分层处理，获得多个二值图像；
将具有预设间隔距离的多个所述二值图像设置在所述空间光调制器和桶探测器之间，经所述空间光调制器出射的光束穿过各所述二值图像后到达所述桶探测器，以使所述桶探测器基于所述纯相位掩模和所述二值图像的位置信息得到光强度；
判断是否已将多个所述纯相位掩模均输入至所述空间光调制器内；若否，则返回步骤“将一个所述纯相位掩模输入空间光调制器内”；若是，则将一个所述二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与所述二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为所述目标图像的加密结果。
2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：
基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像；
将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像；所述重构二值图像的个数为多个；
对多个所述重构二值图像进行同一像素位置的灰度值累加操作，得到重构后的目标图像。
3.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，所述基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像，具体包括：
采用平滑算法，基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像。
4.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述基于哈达玛矩阵获得多个纯相位掩模，具体包括：
采用哈达玛矩阵每一行元素生成一个二维图像的方式，生成多个二维图像；所述二维图像的个数与所述哈达玛矩阵的行数相同；
采用迭代相位检索算法从所述二维图像中获得纯相位掩模；所述纯相位掩模的个数与所述二维图像的个数相同。
5.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述对目标图像进行比特平面分层处理，获得多个二值图像，具体包括：
获取多个比特平面；所述比特平面的灰度值范围与多位二进制中的一位数值范围相同；
将所述目标图像各像素的灰度值进行二进制转换，得到多个二进制数；
将每个所述二进制数赋值于对应的比特平面上，得到多个二值图像；所述二值图像的个数与所述比特平面的个数相同。
6.一种图像处理***，其特征在于，包括：激光器、空间光调制器和桶探测器；
将具有预设间隔距离的多个二值图像设置在所述空间光调制器和桶探测器之间，所述激光器发出的激光束照射至所述空间光调制器，经所述空间光调制器出射的激光束穿过各所述二值图像后到达所述桶探测器；所述多个所述二值图像是对目标图像进行比特平面分层处理得到的；
所述空间光调制器内设置有一个纯相位掩模；所述纯相位掩模是基于哈达玛矩阵得到的；所述空间光调制器基于所述纯相位掩模对入射至所述空间光调制器的激光束进行调制；
所述桶探测器基于所述纯相位掩模和所述二值图像的位置信息得到光强度；在将哈达玛矩阵得到的多个纯相位掩模均已依次输入至所述空间光调制器后，所述桶探测器将一个所述二值图像对应的所有光强度排列成一维强度矢量，将与所述二值图像个数相等的多个一维强度矢量作为所述目标图像的加密结果。
7.根据权利要求6所述的图像处理***，其特征在于，还包括：
处理器；
所述处理器与所述桶探测器电连接；
所述处理器基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像；将解密后的二值图像的灰度值大于预设灰度值的图像作为重构二值图像；所述重构二值图像的个数为多个；对多个所述重构二值图像进行同一像素位置的灰度值累加操作，得到重构后的目标图像。
8.根据权利要求7所述的图像处理***，其特征在于，所述处理器采用平滑算法，基于所述纯相位掩模对所述加密结果中的各一维强度矢量进行解密操作，得到多个解密后的二值图像。
9.根据权利要求6所述的图像处理***，其特征在于，所述预设间隔距离大于或等于1×10-3m。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的图像处理方法。
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