一种结合随机模板编码的虚拟光学三维数字水印系统

基于虚拟光学信息隐藏理论提出了一种三维空间数字水印算法.该数字水印算法能成为一种多媒体数据产权保护的有效方案.对算法的测试结果表明，该算法对于噪音叠加、剪切、旋转、有损压缩等常见的图像处理操作具有较高的鲁棒性.由于引入了虚拟光学信息隐藏思想，将虚拟光路的几何结构参数作为密钥，设计出了多重“锁”和多重“密钥”.随机模板编码技术的引入，更进一步提高了数字水印系统的密钥空间.仿真实验结果表明该算法具有很好的安全性.     

基于虚拟光学的三维空间数字水印系统

数字水印已成为数字作品版权保护的一种手段。数字水印是一种嵌入到图像、视频或者音频数据中的不可见标志 ,通过对水印信息的检测可以达到保护多媒体数据版权的目的。先前众多的水印算法大部分是基于二维操作的 (如静止图像、视频 )。基于虚拟光学信息隐藏理论提出了一种三维空间的数字水印算法。该数字水印算法能成为一种多媒体数据产权保护的有效方案。对算法的测试结果表明 ,该算法对于噪声叠加、剪切、有损压缩等常见的信号处理操作具有较高的鲁棒性。同时 ,该算法由于引入了虚拟光学信息隐藏思想 ,将虚拟光路的几何结构参量作为密钥 ,设计出了多重“锁”和多重“密钥” ,大大提高了水印系统的密钥空间 ,仿真结果表明该算法具有良好的安全性。     

基于级联相位恢复算法的光学图像加密

在虚拟光学数据加密理论模型的基础上,提出了一种光学图像加密的可视化密码构造算法。该加密算法基于自由空间传播的光学系统,利用级联迭代角谱相位恢复算法把待加密图像分别编码到两块相位模板之中,从而实现图像的加密。该加密技术不但可通过同时调整两块相位模板的相位分布的搜索策略来扩大搜索空间,提高安全强度,而且扩大了系统密钥空间,使系统获得更高的安全性,且能通过简单的数值运算或光学实验装置得到质量非常高的解密图像,还从理论上分析了该算法的时间复杂度。计算机模拟结果表明,该加密算法的收敛速度快,能迅速找到非常好的近似解,解密图像质量高且系统安全性良好。     

基于虚拟光学的三维空问数字水印系统

数字水印已成为数字作品版权保护的一种手段。数字水印是一种嵌入到图像、视频或者音频数据中的不可见标志，通过对水印信息的检测可以达到保护多媒体数据版权的目的。先前众多的水印算法大部分是基于二维操作的(如静止图像、视频)。基于虚拟光学信息隐藏理论提出了一种三维空间的数字水印算法。该数字水印算法能成为一种多媒体数据产权保护的有效方案。对算法的测试结果表明，该算法对于噪声叠加、剪切、有损压缩等常见的信号处理操作具有较高的鲁棒性。同时，该算法由于引入了虚拟光学信息隐藏思想，将虚拟光路的几何结构参量作为密钥，设计出了多重“锁”和多重“密钥”，大大提高了水印系统的密钥空间，仿真结果表明该算法具有良好的安全性。     

结合计算全息与混沌的彩色图像加密方法

针对现有彩色图像光学加密方法存在解密结果失真的问题,提出一种结合混沌运算与菲涅耳衍射全息的彩色图像单通道加密新方法.首次加密操作利用菲涅耳衍射将彩色图像RGB通道分量转换成一幅实值计算全息图;第二次加密操作是利用改造的Logistic混沌系统对计算全息图像素进行置换与扩散.结果 表明,本文方法除传统混沌系统密钥以外,菲涅耳衍射距离、参考光波长和入射角方向余弦作为关键密钥均可以增大密钥空间(约为10249),而且具有较小的密钥体积;解密图像的保真度高且相邻像素相关性、信息熵、像素数改变率和归一化改变强度等评价指标均接近理想值;密文图像的直方图平坦,灰度分布均匀,完全隐藏了原始彩色图像的灰度和色彩信息.     

约束集投影算法和4f相关器的光学密码系统的已知明文攻击

分析了约束集投影和4f相关器的光学加密系统的安全性,并提出一种基于双强度相位恢复的已知明文攻击方法。约束集投影和4f相关器的加密系统是典型的光学密码系统,由于其解密系统可以等价于一个标准的4f系统,并且加密密钥与解密密钥相同,因此本质上仍是一个线性系统,这就为系统的安全性留下了很大隐患。该攻击方法仅利用一对输入的相位信息和相应输出的强度信息即可成功得到加密系统的密钥,提高了攻击实施的可行性。     

基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法

针对现有光学加密方法对加密系统要求高、受器件性能限制、加密效率低、解密图像易失真的局限性,提出一种基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法.该方法利用混沌系统随机生成光场成像系统的个数与系统参数,并在计算机中构造出相应的多个光场成像系统;将多幅待加密图像拼接后置于光场成像系统中依次计算得到光场图像,通过提取光场图像的多幅子孔径图像并进行拼接,实现多幅图像的快速加密.解密过程为加密过程的逆过程.该方法将计算成像的方式引入加密过程,使加密不受硬件条件的限制,易于实现.实验结果表明,提出的算法密钥复杂度低,易于传输;对噪声有较好的鲁棒性,密钥空间大,密钥敏感度高,安全性好;加密效率高,解密图像无损失.在需要大量图像进行安全传输的领域具有广泛的应用前景.     

基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密

针对现有光学加密方法进行彩色图像加密时加密容量低、解密图像失真度高等问题,提出一种基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密方法.在光学加密阶段,结合改进的Mach-Zehnder干涉仪与空分复用技术,通过不同的随机相位掩膜对多幅彩色图像进行同时加密,仅需单次曝光即可得到由多幅彩色图像加密的全息图.在解密过程中,由于记录全息图的过程可建模为压缩感知过程,使用两步迭代收缩/阈值算法即可求解.实验结果表明,提出的加密系统加密容量大,解密重建图像质量高,结合压缩感知理论,有效地消除了同轴全息中平方场项对解密重建性能的影响,解密图像平均峰值信噪比仅下降约2～5dB;密钥安全性高,随机相位掩膜与传播距离均起到密钥的作用,在随机相位掩膜错误或传播距离仅偏移0.25%时,便无法解密出原始彩色图像;且对噪声与遮挡性攻击具有良好的鲁棒性,解密重建性能随噪声增大下降趋势缓慢,加密全息图80%信息受到遮挡性攻击时,仍可取得良好的解密重建结果.     

基于二值化计算鬼成像的盲水印方法

提出了一种基于二值化计算鬼成像的盲水印方法.首先将水印图像经计算关联成像加密系统加密,并将加密数据二值化,然后将其隐藏到宿主图像的离散余弦变换域,实现水印信息的嵌入.水印信息的提取和重建是隐藏和加密的逆过程,分别借助提取密钥和解密密钥获取水印信息.仿真实验证明,该方法具有很好的隐蔽性,在嵌入因子α=10时,嵌入水印仍具有较好的不可感知性,含水印图像的峰值信噪比在38 dB以上;另外,该方法也具有一定的容错能力,提取的加密数据错误率达20%时,重建的水印信息仍能分辨和识别;与传统的计算鬼成像相比,加密数据的二值化为水印嵌入提供了方便,但是并未对重建图像带来严重恶化,其相关系数相差不足0.1;水印信息的提取无需借助原始宿主图像,是一种盲提取方法.     

一种基于随机相位板复用的光学多二值图像加密系统

利用随机相位板复用提出了一种基于干涉原理的光学多二值图像加密系统。该系统加密过程采用数字方法,解密过程既可以采用数字方法也可以采用光学方法。利用该方法可将多幅图像信息解析地隐藏于两个纯相位板中。解密时,通过分束镜将两个随机相位板的衍射场进行相干叠加形成干涉场,利用专用密钥对此干涉场进行调制,即可在输出平面上恢复出与该专用密钥对应的原始图像,此图像可以采用CCD等图像传感器件直接记录。该方法加密过程无需迭代,非常省时,且解密系统易于物理实现。利用相关系数评估了系统的加密容量,计算机模拟结果证实了该方法的有效性。     

Information security system based on virtual-optics imaging methodology and public key infrastructure

In this paper, we present a virtual-optical based information security system model with the aid of public-key-infrastructure (PKI) techniques. The proposed model employs a hybrid architecture in which our previously published encryption algorithm based on virtual-optics imaging methodology (VOIM) can be used to encipher and decipher data while an asymmetric algorithm, for example RSA, is applied for enciphering and deciphering the session key(s). For an asymmetric system, given an encryption key, it is computationally infeasible to determine the decryption key and vice versa. The whole information security model is run under the framework of PKI, which is on basis of public-key cryptography and digital signatures. This PKI-based VOIM security approach has additional features like confidentiality, authentication, and integrity for the purpose of data encryption under the environment of network.     

一种基于二元位相加密的大信息量数字全息水印

研究了一种基于二元位相加密的大信息量数字全息水印方法，对需隐藏的水印信息用二元位相编码，然后再用2台阶位相密钥进行加密，作为水印插入宿主图像中，解码后得到了高质量的水印结果.与平面波照明数字全息水印相比，采用位相密钥数字全息水印有效地提高了水印提取的安全性和相对光学效率，并保持了对大信息量水印的提取质量，解码过程不依赖于原图像. 计算和分析了二元位相密钥的空间分布对水印信息提取质量的影响，计算结果验证了理论的正确性.     

Optical color image encryption based on an asymmetric cryptosystem in the Fresnel domain

In recent years, optical color image encryption has attracted much attention in the information security field. Some approaches, such as digital holography, have been proposed to encrypt color images, but the previously proposed methods are developed based on optical symmetric cryptographic strategies. In this paper, we apply an optical asymmetric cryptosystem for the color image encryption instead of conventional symmetric cryptosystems. A phase-truncated strategy is applied in the Fresnel domain, and multiple-wavelength and indexed image methods are further employed. The security of optical asymmetric cryptosystem is also analyzed during the decryption. Numerical results are presented to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed optical asymmetric cryptosystem for color image encryption.     

基于联合变换相关器光学加密和离散余弦变换的数字水印

提出了一种以联合变换相关器和离散余弦变换为基础的数字水印方法。利用联合变换相关器光学加密系统对需要隐藏的信息进行加密,然后嵌入到宿主图像8×8分块的离散余弦变换中频系数上。与其他基于双随机相位编码的数字水印技术相比,该技术在加密阶段和解密阶段的密钥相同,省去了制作复共轭密钥的麻烦。数值仿真结果表明,这种数字水印技术具有很好的不可见性和很高的安全性,对JPEG压缩、剪切、滤波和加噪声等多种数字图像处理操作都具有很强的鲁棒性。     

Digital reconstruction of grating-distorted images through virtual-optics imaging systems

We develop a technique to correct the distortion generated by the presence of a grating that prevents correct imaging of a test object in an optical system. We use the design concept of virtual-optics imaging systems to implement a setup and a corresponding filter to remove the distortion. Results are presented showing the potential of the method.     

Optical Security System Based on the Biometrics Using Holographic Storage Technique with a Simple Data Format

We implement a first practical holographic security system using electrical biometrics that combines optical encryption and digital holographic memory technologies. Optical information for identification includes a picture of face, a name, and a fingerprint, which has been spatially multiplexed by random phase mask used for a decryption key. For decryption in our biometric security system, a bit-error-detection method that compares the digital bit of live fingerprint with of fingerprint information extracted from hologram is used.     

基于变形分数傅里叶变换的六重密钥图像加密

提出一种利用变形分数傅里叶变换和双随机相位编码对图像加密的方法.对要加密的图像分别进行两次变形分数傅里叶变换和两次随机相位函数调制,使加密图像的密钥由原来两重增加到六重.利用全息元件,可以用光学系统实现这种加密和解密变换.计算机模拟结果表明,只有当六重密钥都完全正确时,才能准确地重建原图像,这种六重密钥加密方法提高了图像信息的安全保密性.     

基于Q-plate的双图像非对称偏振加密

基于Q-plate提出了一种对两幅图像做非对称偏振加密的新方法.在该方法中,首先,将待加密的两幅图像通过干涉分解成两块纯相位板;其次,将这两块纯相位板分别编码到偏振光的两个正交分量中;最后,利用Q-plate和像素化的偏振片改变这束光的偏振分布,达到对图像的加密效果,用电荷耦合器件接收输出面的强度分布图作为最终的密文.其中一块纯相位板作为解密密钥.算法的解密密钥不同于加密密钥,由此实现了非对称加密.由于Q-plate是电调控的,它的每个像素点的光轴各不相同,所以能够根据描述变面结构空间旋转率的常数q来改变每个像素的偏振态.加密过程中用Q-plate的q值和像素化的偏振片的偏振角度作为加密密钥,这两个加密密钥具有很高的敏感性,极大地提高了算法的安全性.数值模拟结果验证了该方法的可行性和有效性.