几种光学图象相位加密方法的比较

本文分析比较了多种实现光学图象相位加密的方法,发现不同方法获得的加密图象有不同类型的噪音分布.无论加密相位是随机相位模板、浑沌序列的相位列阵,还是用相位重构迭代算法计算的结果,它们都能起到加密图象的功能.解密图象的质量或被相关识别的能力与解密过程中所使用正确解密相位的不同部分以及高低频分量多少有关,且其依赖程度是由不同的加密方法自身决定.     

用浑沌序列构造相位列阵加密和解密光学图象

本文提出了一种用浑沌序列构造相位列阵加密和解密光学图象的方法,并对该光学系统进行了计算机模拟。由浑沌序列对初始条件的敏感性使保密性能提高,同时它又是由确定性系统产生的,故可以完全被重构。将它和纯相位空间光调制器结合起来能对光学图象实时进行相位加密和解密,不仅使密匙更难被非法破译,而且压缩了其数据量。结果表明该方法较随机相位掩模方法具有许多优越性且易于实际应用。     

基于干涉原理的虚拟光学加密系统

提出了一种虚拟光学加密系统。该光学加密系统采用了同轴全息技术的基本架构,将被加密图像作为被记录物体,而在参考光波及干涉场光路中分别引入两个独立的随机相位板,全息面上的输出即为加密结果,这两个随机相位板即为加密及解密所用密钥。理论分析表明,在恰当设置物光波与参考光波衍射场比例的情况下,任意一灰度图像均可被加密为平稳的复随机白噪声,可以抵御盲反卷积攻击。采用计算机模拟,证实了该系统的加密效果及对抗暴力攻击的能力。研究了解密时附加参数及噪音攻击对解密结果的影响,结果表明本系统抗噪音攻击能力一般,但对附加参数有极高的敏感性。     

位置与波长并行复用技术下的光学干涉多图像加密系统(英文)

基于位置和波长参量的并行复用,提出一种高加密容量的光学干涉多图像加密系统.加密时,待加密图像分为两组,每组均利用位置复用技术解析地加密到两个纯相位板中,将所获取的四个相位板再经波长复用技术融合到两个光学相位元件中.加密过程采用数字技术,无需使用迭代算法,而解密过程既可以采用数字技术也可以采用纯光学方法.实验中利用波长与位置的并行复用及相关系数对系统的加密容量进行评估,同时研究了系统对于噪音攻击和剪切攻击的稳健性.结果表明:加密容量较已有方法有较大提高;对于噪音攻击的稳健性较强,但是对于剪切攻击的稳健性较弱.     

基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密方法

提出了基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密新方法.加密过程中,首先将原始图像进行随机相位调制和不同距离的菲涅耳衍射;其次,将携带调制后图像的参考光与携带随机相位且具有不同立体角的参考光相干叠加,产生干涉条纹;最后,将不同方向的干涉条纹叠加形成复合加密图像.解密为加密的逆过程,将复合加密图像置于空间滤波和菲涅耳衍射系统中,经过不同相位密钥解调和正确距离的菲涅耳衍射完成解密,得到多幅解密图像.该方法可以同时对多幅图像进行高效的加密,计算简单、安全可靠、抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.     

利用QR码在光学干涉多图像加密系统中实现信息高质量恢复

为了解决解密图像之间的串扰噪声,在基于干涉原理的多图像加密系统中引入了快速响应矩阵(QR)码。该光学加密系统加密过程使用计算机进行数字运算实现,而解密过程可以使用数字实现,也可以使用光学方法实现。加密时多组原始信息首先被转换为相应的QR码,然后多组QR码被解析地隐藏于两个纯相位板中。解密时,使用相干光照射两个纯相位板,并通过分束镜使二者的衍射光场进行叠加,再经不同的衍射距离后所得的衍射强度即为解密图像,把得到的几组解密图像直接用智能手机进行扫描,即可完全恢复原始信息。相较于原来的基于干涉原理的多图像加密方法,该加密方法成功地解决了串扰噪声问题,实现了信息的高质量恢复。计算机模拟结果证实了该方法的有效性,也分析了对裁剪和噪音攻击的稳健性。     

基于深度学习的相位截断傅里叶变换非对称加密系统攻击方法

大多数光学加密系统都是对称加密系统,在光学图像加密中明文和密文之间具有线性关系,其系统的安全性有待加强.而基于相位截断傅里叶变换(phase-truncated Fourier transform, PTFT)的非对称加密系统,其非线性的相位截断操作使加密系统的安全性得到了极大提升.本文提出使用深度学习方法攻击PTFT加密系统,通过PTFT加密系统构造出明密文对图像数据集,然后将其输入残差网络(residual network, Res Net)中进行训练, Res Net自动学习该加密系统的解密特性.最后应用测试集对训练好的模型进行解密性能测试,数据表明该模型能够较好地恢复图像并且该模型具有一定的抗噪声能力.与两步迭代振幅恢复算法相比,本文所提出方法恢复的图像质量更好.     

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.     

基于光学扫描全息密码术的多图像并行加密

对光学扫描全息术中的双光瞳做出改进,提出对多图像并行加密和任意层图像再现的新方法.将其中一个光瞳设置成环形光瞳,另一个光瞳处插入随机相位板,干涉形成环形随机相位板,实现对多层图像的快速扫描和并行加密,扫描信号通过计算机合成为加密全息图,在数字全息再现的过程中进行解密,实现对任意层图像的精准重建.该方法快捷高效、安全可靠,抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.     

基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法

提出一种基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法,对该加密法中像素置乱操作的原理进行了阐述,并且提出在光学上实现像素置乱操作和解置乱操作的途径.在计算机上模拟实现了该加密法,并且得到很好的加密解密结果.仿真结果证实仅用部分加密图像来解密也能够得到原图像,并且得到随着待解密的加密图像像素的增加,解密图像的信号能量、噪声以及信噪比的变化曲线.最后分析比较了该加密法与双随机相位加密法,得到该加密法与双随机相位加密法相比具有更高的保密性,而且解密图像的信噪比也不会因为引入像素置乱操作而降低.     

Phase image encryption of colored images using double random phase encoding technique in HSV color space

A double random phase encoding based digital phase encryption technique for colored images is proposed in the Fourier domain. The RGB input image is brought to HSV color space and then converted into phase, prior to the encryption. In the decryption process the HSV image is and converted back to the RGB format. The random phase codes used during encryption are prepared by stacking three two-dimensional random phase masks. These random phase codes serve as keys for encryption and decryption. The proposed technique carries all the advantages of phase encryption and is supposedly three-dimensional in nature. Robustness of the technique is analyzed against the variations in random phase codes and shuffling of the random phase masks of a given phase code. Performance of the scheme is also verified against occlusion of Fourier plane random phase code as well as the encrypted image. Effects of noise attacks and attacks using partial windows of correct random phase codes have also been checked. Digital simulations are presented to support the idea.     

Lempel-Ziv复杂度算法中粗粒化方法分析及改进

为了提高Lempel-Ziv复杂度(LZC)的抗干扰能力和稳定性,提出用等概率粗粒化方法计算LZC的思想,介绍其具体算法,分析二值粗粒化阈值与LZC的关系.用Logistic映射生成87个序列进行抗干扰试验,计算这些序列加噪前后所得LZC序列的相关系数和相对变异系数,作为LZC指标抗干扰能力的测度,用10个脑电图进行LZC稳定性测试.结果表明,用等概率粗粒化方法时的相关系数都大于0.998,相对变异系数较小,脑电的LZC稳定性好.该方法可明显提高LZC的抗干扰能力和稳定性.     

基于相位恢复算法的单强度记录光学加密系统

在传统的双随机相位光学加密系统的基础上,提出一种新的单强度记录光学加密技术。在加密时,将原始图像置于4-f系统的输入平面上进行双随机相位光学加密,利用CCD等感光器件记录输出平面上的光强分布作为密文,该光学加密过程只需一次曝光,在解密时,利用相位恢复算法进行迭代计算就可以由密文恢复原始图像。由于解密过程采用数字方式,因此可以在解密过程中引入各种数字图像处理技术来抑制散斑噪声,进一步改善解密图像质量。通过一系列仿真实验,证明该光学加密系统可以实现对二值图像和灰度图像的光学加密,并且能够很好地抵御已知明文攻击、选择明文攻击等方法的攻击。理论分析和计算机仿真表明,该光学加密技术系统结构简单,实现方便,并且不易受到各种攻击,安全性较高。     

用多重菲涅耳衍射变换和相位密码板实现图像加密的技术

基于多重菲涅耳衍射变换和相位密码板,设计了一种新的图像加密计算方法.待加密的明文图像在多重离散菲涅耳衍射变换和相位密码板的共同作用下,变换为一个具有随机码特征的密文矩阵;衍射距离和相位密码板是主要的密钥.只有当所有密钥都正确时,才能成功地解密密文.结果表明,该加密算法能抵抗JPEG有损压缩、图像剪切、重度噪音污染和重采样等攻击,因此该法具有较强的鲁棒性;由于很难破解多重密钥,所以该算法具有极高的安全性.     

Double image encryption based on phase-amplitude hybrid encoding and iterative phase encoding in fractional Fourier transform domains

A new method for double image encryption is proposed that is based on amplitude-phase hybrid encoding and iterative random phase encoding in fractional Fourier transform (FrFT) domains. In the iterative random phase encoding operation, a binary random matrix is defined to encode two original images to a single complex-valued image, which is then converted into a stationary white noise image by the iterative phase encoding with FrFTs. Compared with the previous schemes that uses fully phase encoding, the proposed method reduces the difference between two original images in key space and sensitivity to the FrFT orders. The primitive images can be retrieved exactly by applying correct keys with initial conditions of chaotic system, the pixel scrambling operation and the FrFT orders. Computer simulations demonstrate that the encryption method has impressively high security level and certain robustness against data loss and noise interference.     

Phase image encryption in the fractional Hartley domain using Arnold transform and singular value decomposition

A novel scheme for image encryption of phase images is proposed, using fractional Hartley transform followed by Arnold transform and singular value decomposition in the frequency domain. Since the plaintext is a phase image, the mask used in the spatial domain is a random amplitude mask. The proposed scheme has been validated for grayscale images and is sensitive to the encryption parameters such as the order of the Arnold transform and the fractional orders of the Hartley transform. We have also evaluated the scheme's resistance to the well-known noise and occlusion attacks.     

Digital image synthesis and multiple-image encryption based on parameter multiplexing and phase-shifting interferometry

A novel digital image synthesis and multiple-image encryption technique based on parameter multiplexing and phase-shifting interferometry by discrete Fresnel transform is proposed. Both the image synthesis and the multiple-image encryption can be realized with the same system arrangement and similar principles, while the former is achieved by using different sets of parameters (wavelength and distance) and the same set of random phase masks, and the latter with different sets of random phase masks. The feasibility of this method and its robustness against occlusion and additional noise attacks are verified by computer simulations. The encryption capacity of the system is analyzed in term of the correlation coefficient. This technique is simple with a lensless setup, highly secure, and particularly suitable for the image transmission via Internet.     

Color image encryption and decryption for twin images in fractional Fourier domain

We propose a method for the encryption of twin color images using fractional Fourier transform (FRT). The color images to be encrypted are converted into the indexed image formats before being processed through twin image encryption algorithm based on the FRT. The proposed algorithm uses one random code in the image domain and one random phase code in the FRT domain to perform double image encryption. The conversion of both the input RGB images into their indexed formats facilitates single-channel processing for each image, and is more compact and robust as compared to multichannel techniques. Different fractional orders, the random masks in image- and FRT domain are the keys to enhance the security of the proposed system. The algorithms to implement the proposed encryption and decryption schemes are discussed, and results of digital simulation are presented. We examine sensitivity of the proposed scheme against the use of unauthorized keys (e.g. incorrect fractional orders, incorrect random phase mask etc.). Robustness of the method against occlusion and noise has also been discussed.