Gyrator变换域下基于超混沌相位掩模的光学水印方法

针对光学变换水印算法中光学实现的轴对准问题和光学密码系统的安全性问题,提出一种基于超混沌映射和Gyrator变换的光学水印方法。利用Chen 4D超混沌系统构造超混沌相位掩模,然后通过菲涅耳波带板和径向希尔伯特掩模构造的涡旋光,对超混沌相位板进行照明,最后借助Gyrator变换将加密后的水印图像植入宿主灰度图像,实现Gyrator变换域下的光学信息隐藏。通过Gyrator逆变换提取目标图像中植入的水印信息。实验结果表明,该算法能够从高不可感知性的目标图像中提取高质量的水印信息,加密的目标图像信噪比高,与宿主图像的相关性强,能够有效地抵御强度系数为0.06和0.8的椒盐噪声和高斯噪声的攻击,对低于50%遮挡率和80压缩因子的攻击具有良好的稳健性。加密后的目标图像与原始宿主图像具有相似的统计分布,较好地实现了信息隐藏。     

基于离散余弦变换与二维Ushiki混沌的图像加密

提出了一种基于离散余弦变换与混沌随机相位掩模的图像加密方法。起密钥作用的两块混沌随机相位掩模由二维Ushiki混沌系统生成,Ushiki混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位掩模作为加解密过程中的密钥,因此便于密钥管理和传输。通过对密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗噪声攻击及抗剪切攻击等分析表明,图像加密方法具有较强的抵抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。     

基于矢量运算和副像相位掩模的遥感图像加密技术

针对遥感图像及彩色图像传输过程中的信息安全问题,提出了一种利用矢量运算和副像相位掩模对彩色遥感图像加密的方法.在加密过程中,利用光学相干叠加原理将原始图像矢量分解,并叠加到R、G、B三个通道上的两个相位板当中;然后,使用副像相位掩模在菲涅尔域中双随机相位编码对其中一个相位板加密;最后,利用两个随机矩阵的Kronecker积对编码图像进行进一步随机化处理,实现彩色遥感图像的多级加密.实验结果表明:该算法的密钥敏感度高,在强度系数小于0.04的高斯噪声攻击和统计分析攻击下具有良好的稳健性;密文能够抵御选择明文攻击,相比于传统的双随机相位编码算法具有更强的安全性.解密遥感图像的峰值信噪比和相关系数可达31.92dB和0.9888.该加密方法为大量相同尺寸遥感图像的加密提供了新的思路.     

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。     

基于多混沌系统的双图像光学加密算法

为了扩展双图像光学加密算法的密钥空间,克服双随机相位加密系统中随机相位掩模作为密钥难于存储、传输和重构的问题,突破传统图像加密的研究思路,提出了一种基于多混沌系统的双图像加密算法,构造了光学加密系统。系统增加混沌系统参数作为密钥,利用混沌加密密钥空间大和图像置乱隐藏性好的特点,构建基于Logistic混沌映射的图像置乱算法,利用Kent混沌映射生成的伪随机序列构造出一对随机相位掩模,分别放置在分数傅里叶变换光学装置的两端,图像经加密系统变换后得到密文。数值仿真结果表明,算法的密钥敏感性极高,能够有效地对抗统计攻击,具有较高的安全性。     

一种基于迭代振幅-相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法

提出了一种基于迭代振幅-相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法。该方法利用两个公开密钥和一幅"假图像"在非线性双随机相位加密系统中生成密文,接着利用迭代非线性双随机相位编码生成两个私有密钥。待加密图像和密文作为迭代加密方法中的两个限定值。解密过程则可以在经典的基于4f系统的线性的光学双随机相位编码系统中完成。该加密方法具有迭代收敛速度快、安全性高的优点。迭代该图像加密方法能够抵御最近提出的基于改进的振幅-相位恢复算法的攻击。理论分析和仿真实验都证明了此方法的有效性和可靠性。     

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.     

一种基于双光束干涉和非线性相关的身份认证方法

提出了一种基于双光束干涉结构和非线性相关算法的身份认证方法.该方法在传统双光束干涉加密结构中引入基于"随机二值振幅分布"的相位恢复技术,将多幅图像分别编码至对应的稀疏相位分布,并通过叠加复用技术和非线性相关算法,实现了多级别的身份认证功能.其认证过程中不同级别用户所持有的相位密钥是一个稀疏相位分布,数据量更小,便于存储和传输.此外,认证时的输出图像虽然含有标准参考图像的核心信息却具有视觉上的不可分辨性,降低了信息泄露的风险.理论分析和数值仿真结果都证实了该方案的有效性和可行性.     

可变光阑光学衍射加密系统

为了克服双随机相位编码系统的局限性,提出基于光学衍射成像原理的图像加密方法.该方法在光学衍射加密系统中加入可变光阑,形成透光面积不同的振幅板,对明文进行加密,得出多个密文.解密时,通过相位恢复算法,从多幅衍射强度图像中恢复原始明文.仿真表明,由于只需要记录光波的衍射强度,在密文记录过程无需使用干涉装置,通过可变光阑可以方便地调节振幅板的透光面积,无需改变光学结构或者移动光学器件,因此,大大降低了加密过程实施的难度.     

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。     

高衍射效率连续面形分束器的设计与制备

为了解决目前光学分束器件衍射效率低的问题,在传统的Gerchberg-Saxton(GS)算法基础上,对初始相位和迭代算法中的振幅限制方式作改进.先利用二次相位来作为迭代算法的初始相位,再在迭代过程中将输出平面分为信号区和噪音区两部分,保持这两部分的相位不变,信号区内振幅乘上一个随迭代次数不断变化的因子,噪音区内振幅保持不变.通过该方法设计9×9连续面形的分束器件,并与传统GS算法设计的分束器进行了对比,结果表明:GS算法设计得到的分束器相位存在严重的突变和不连续等问题,而本文方法设计得到的分束器相位连续平滑,可利用移动掩模技术加工.最终制备出1×3和1×9分束器,其实测的衍射效率分别为83.5%和89.4%,均匀性误差分别为3.56%和15.23%.     

基于双曲初始相位的GS改进算法

针对Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位敏感、散斑噪声难以消除的问题,提出一种改进的GS算法.引入双曲面初始相位形式,通过迭代寻优算法,获得最佳相位参数,再通过迭代傅里叶变换优化算法进行优化,并用爬山算法进行邻域寻优,最后得到最佳的衍射光学元件相位分布.以方形光斑为例,用改进的GS算法和传统GS算法分...     

基于复振幅场信息复用和RSA算法的非对称多幅图像认证方法

结合相位恢复和像素行、列循环移动置乱技术, 本文提出了一种基于复振幅场信息复用和RSA算法的非对称多幅图像认证方法, 通过菲涅耳域的相位恢复算法, 依次恢复并生成多幅图像各自所对应的输入平面的复振幅信息, 通过各自的行、列向量随机数对原始二值振幅模板进行行、列循环移动置乱操作来获得每幅图像的采样模板, 认证系统将多个复振幅场信息采样、叠加并空间复用, 同时, 行向量随机数和列向量随机数被RSA算法公钥编码成密文. 系统认证时, 认证方利用自己持有的私钥将密文解码成行向量随机数和列向量随机数, 通过行、列循环移动置乱变换后获得各自的采样模板, 合成的复振幅信息和采样模板等认证信息均放置在各自正确位置, 当认证系统被正确波长的平面波照射时, 在输出平面能获得输出图像, 通过计算、显示输出图像和对应认证图像的非线性相关系数峰值来判断认证是否成功.     

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.     

基于干涉原理的双图像加密系统

提出一种新的虚拟光学加密方法,该方法分3个步骤将两幅图像隐藏于3个随机相位板中。将两幅图像分别作为相位和幅度信息隐藏于一个复数场中,利用随机相位板作为参考光,并采用数字全息术将该复数场转换成平稳随机白噪声,利用干涉加密原理进一步将此白噪声储存于2个随机相位板中,从而将两幅图像信息隐藏于3个纯随机相位板中。该方法原理简单,无需进行迭代操作。计算机模拟结果显示:任何一个密钥错误,均无法得到原始图像的任何信息。同时,解密过程对系统中距离及波长等参数非常敏感,较大地提升了系统的安全性。     

共焦显微镜中变距圆光栅函数掩模的研究

针对带有光瞳掩模的超分辨系统,提出了一种基于极坐标的性能 价标准,同时根据衍射光学相关理论,提出了变距圆光栅函数掩模花样。模拟计算结果表明,在共焦系统中掩模可以改变系统的点振幅响应,从而提高分辨率,并增强图像的反衬度。     

GS方法恢复低频相位噪声

 将Gerchberg-Saxton(GS)反演方法应用于恢复高功率激光装置的低频相位噪声研究中,通过数值模拟计算,给出了很好的迭代结果。为设计合理的相位板提供了依据。同时也为光束诊断系统提供了一种测量相位的方法。     

相干合成中多抖动相位锁定算法

分析了多抖动算法的工作原理,通过波动光学原理以2-11路相干合成系统作为数学模型进行仿真模拟,引入了动态噪声模型,以总合成光束的均方根相位误差作为评价函数,分析了不同阵列规模下的相干合成系统中噪声频率以及噪声振幅对系统相位锁定效果的影响,当噪声频率或噪声振幅过大,超出算法补偿相位噪声的能力时,便会锁相失败。证明了增益系数与调制振幅存在一个最优区间且只有处于该区间内时,才能快速完成锁相。引入有效控制带宽概念,用以直观评价多抖动算法的锁相性能,研究表明,有效控制带宽与采样频率、第一路调制频率成正比例,与噪声振幅成反比例,且随着阵列规模增大,有效控制带宽降低。     

基于功率谱压缩-平移的多通道联合变换相关识别方法研究

为了充分利用光学相关识别系统的空间-频谱带宽,提高光学相关识别技术的并行处理效率和识别准确度,提出了基于功率谱压缩-平移算法的多通道联合变换相关识别方法,该方法将峰值位置变化的标准差作为相关识别的判据.在输入空间光调制器的不同区域加载场景图像和N幅参考图像,然后在图像上分别叠加经迭代算法优化的相位模板,使得场景图像的傅里叶谱和每一幅参考图像的傅里叶谱在频谱面的不同空间区域相干叠加.调节相位优化算法的约束参量,使得每个通道的联合变换功率谱互不干扰,可实现N个通道的并行处理.分析了不同优化相位的傅里叶谱的局域峰值杂波均值和相关输出的峰值位置变化标准差之间的关系,并将其作为相位优选的依据.研究结果表明,在所提实验和数值模拟参数条件下,多通道联合变换相关识别系统可以在不增加经典相关识别系统复杂度的前提下,实现16通道的并行处理,这对光学相关器的实用化具有重要意义.