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。     

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。     

级联双相位密码系统中基于位置复用的双图像加密

级联双相位密码（CDPE）系统是一种包含两个纯相位板（密文板和密钥板）的重要光学密码系统,为了提升该系统的加密效率,提出一种双图像加密方法。加密时,将密钥板的轴向距离作为控制参数,提出一种新的迭代加密算法,该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中,将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时,当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时,可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性,并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明,所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外,所提方法可方便地推广至多图像加密,因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。     

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.     

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.     

基于双随机相位编码的非线性双图像加密方法

提出了一种基于双随机相位编码技术的非线性双图像加密方法,并分析了其安全性。在该方法中,加密过程和解密过程以及加密密钥和解密密钥均不相同。加密过程具有非线性,解密过程则是线性的。将两幅待加密图像复合为复振幅图像,并利用双随机相位编码技术和切相傅里叶变换进行加密,加密过程中生成两个解密密钥,解密过程则在经典的基于4f系统的双随机相位编码系统中完成。相比经典的双随机相位加密技术和基于切相傅里叶变换的单图像加密技术,该加密方法的安全性更高,它能够抵御最近提出的基于两步振幅相位恢复算法的特定攻击。理论分析和仿真实验结果都证明了此加密方法的可行性和安全性。     

基于相息图迭代的随机相位加密

提出了一种将随机相位加密和相位恢复算法中的求解附加相位分布分二步实施的加密方法. 由于该方法的实质是通过在随机谱和相息图之间进行相位恢复迭代以确定相息图和密钥的相 位分布，因而能够减小图像的解密误差.在相息图相位离散化的迭代过程中，采用增大设计 冗余度的方法，降低了由相位离散化所带来的解密误差.最后，通过计算机模拟实验验证了 该方法在减小图像解密误差方面的有效性. 关键词： 随机相位 光学图像加密 相息图 二元光学 离散化误差 相位恢复算法     

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.     

Signal and reference wave dually encrypted holographic memory with shift multiplexing

We propose a secure holographic storage system with signal and reference waves dually encrypted for shift multiplexing. Two random phase masks are used to encrypt the images in the input and the Fourier planes. The reference beam is phase encoded by a fiber optic faceplate. The encrypted data is stored in a LiNbO₃:Fe crystal and decrypted during the readout process. We experimentally demonstrate encryption and decryption of multiple images and the results show high quality and good fault tolerance.     

Asymmetric multiple-image hiding using phase retrieval technique based on amplitude- and phase-truncation in fractional Fourier domain

We propose a multiple-image hiding scheme based on the amplitude- and phase-truncation approach, and phase retrieval iterative algorithm in the fractional Fourier domain. The proposed scheme offers multiple levels of security with asymmetric keys. Multiple input images multiplied with random phase masks are independently fractional Fourier transformed with different orders. The individual keys and common keys are generated by using phase and amplitude truncation of fractional spectrum. After using two fractional Fourier transform, the resultant encrypted image is hided in a host image with phase retrieval iterative algorithm. Using the correct universal keys, individual keys, and fractional orders, one can recover the original image successfully. Computer simulation results with four gray-scale images support the proposed method. To measure the validity of the scheme, we calculated the mean square error between the original and the decrypted images. In this scheme, the encryption process and generation of decryption keys are complicated and should be realized using computer. For decryption, an optoelectronic setup has been suggested.     

Securing multiplexed information by in-plane rotation of random phase diffusers constituting a sandwich diffuser placed in the Fourier plane of a double random phase encoding system

We propose the encryption and multiplexing of two-dimensional input images by rotating the constituent diffusers of a sandwich random phase diffuser kept in the Fourier plane of a double random phase encoding system. Successive recording of encrypted images is done by taking the input images one by one. The results of multiplexing in encryption and decryption due to different sets of rotation of one or both of the random constituent phase masks have been presented. The use of an aperture system in addition to the rotation of one or both of the random phase masks enhances the multiplexing capability and security of the system avoiding the generation of cross-talk images at the time of decryption. Simulation results are presented in support of the proposed techniques. The decrypted images obtained from a multiplexed encrypted image have been recorded successfully. Mean square-error (MSE) and signal-to-noise ratio (SNR) values as a function of the number of multiplexed images have been calculated.     

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.     

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。     

Error analysis for a lens-less in-line digital holographic complex information security system based on double random phase encoding

We study the error tolerance properties of double random phase encoding implemented in the case of a lens-less whole (both amplitude and phase) information security system based on in-line digital holography. A generalized position-phase-shifting in-line digital holographic method is used as a tool for implementing our information security system. The effect on the decrypted image, due to additive and multiplicative noises in the retrieved complex encrypted image, is studied. The quality of the decrypted complex data is quantified by computing signal-to-noise ratio (SNR) and the mean square error (MSE). We also study the system tolerance due to the data loss and binarization of encrypted retrieved complex hologram. Results from numerical experiments are presented.     

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 with redefined fractional Hartley transform

We propose a new method for color image encryption by wavelength multiplexing on the basis of two-dimensional (2-D) generalization of 1-D fractional Hartley transform that has been redefined recently in search of its inverse transform. A color image can be considered as three monochromatic images and then divided into three components and each component is encrypted independently with different wavelength corresponding to red, green or blue light. The system parameters of fractional Hartley transform and random phase masks are keys in the color image encryption and decryption. Only when all of these keys are correct, can the image be well decrypted. The optical realization is then proposed and computer simulations are also performed to confirm the possibility of the proposed method.     

Multiple-image encryption by two-step phase-shifting interferometry and spatial multiplexing of smooth compressed signal

A multiple-image encryption method based on two-step phase-shifting interferometry(PSI) and spatial multiplexing of a smooth compressed signal is proposed. In the encoding and encryption process, with the help of four index matrices to store original pixel positions, all the pixels of four secret images are firstly reordered in an ascending order; then, the four reordered images are transformed by five-order Haar wavelet transform and performed sparseness operation. After Arnold transform and pixels sampling operation, one combined image can be grouped with the aid of compressive sensing(CS)and spatial multiplexing techniques. Finally, putting the combined image at the input plane of the PSI encryption scheme,only two interferograms ciphertexts can be obtained. During the decoding and decryption, utilizing all the secret key groups and index matrices keys, all the original secret images can be successfully decrypted by a wave-front retrieval algorithm of two-step PSI, spatial de-multiplexing, inverse Arnold transform, inverse discrete wavelet transform, and pixels reordering operation.     

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.