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。     

基于级联分数傅里叶变换系统的数字水印技术

提出一种基于分数傅里叶变换和随机相位编码的光学加密数字水印技术,可成为一种信息隐藏及保护的有效方案.该数字水印技术对于噪音叠加和常见的图像处理操作具有较强的稳健性.该技术根据光学级联分数傅里叶变换系统,利用两个随机相位分布函数对水印信息编码并经过迭代分数傅里叶变换嵌入到变换域的载体图像中.在水印检测和提取过程中,两个相位分布函数作为密钥.随机相位编码技术的引入,进一步提高了数字水印系统的密钥空间.增强了系统的安全性.该数字水印技术基于光学分数傅里叶变换原理,可以利用光学变换系统方便地实现.     

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。     

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.     

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.     

双随机相位加密系统的已知明文攻击

运用密码分析学的方法对双随机相位加密系统进行了初步的安全性分析.研究结果表明，该系统属于线性的对称分组密码系统，线性性质为其安全性留下隐患.在已知明文攻击下，攻击者可通过常规的相位恢复算法获得4-f系统输入平面的随机相位函数密钥，继而可轻易推出频谱平面的随机相位函数密钥，从而攻破此密码系统. 关键词： 光学信息安全 双随机相位加密 密码分析学 已知明文攻击     

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.     

基于视觉密码与QR码的光学脆弱水印

提出了一种基于视觉密码与QR码的图像认证和篡改检测的光学脆弱水印方法.一方面,将原始水印图像变换为QR码水印图像,以提高水印隐藏容量.另一方面,将视觉密码与光学相位编码相融合来加密水印图像,以增强系统安全性.通过一系列的攻击与篡改测试了所提水印方法的可行性、脆弱性和不可感知性.模拟结果表明,所提水印方法不仅具有较好的不可感知性,而且在任意攻击下都能灵敏地检测出图像发生了篡改,具有很强的脆弱性.     

基于三维空间正交偏振态复用的光学认证技术研究

为提高光学认证技术的安全性及实用性,提出了基于三维空间正交偏振态复用的光学多级安全认证方法。用所设计的多衍射平面多信号窗口相位恢复算法,生成两个相位模板,使由认证图像分割得到的子块图像分布于其三维菲涅耳衍射场的特定位置。一个相位模板作为系统锁,另一个作为认证密钥。用正交偏振光分别照明两相位模板,实现了三维空间衍射场内不同位置强度分布和偏振态分布的控制。只有同时具备认证密钥和三维空间正交偏振态映射密钥,才能恢复认证图像,模拟及实验结果与认证图像的相关系数分别为0.93和0.79,表明该系统结构紧凑、安全等级高,可以实现分级认证。     

基于菲涅耳全息图和离散余弦变换的“盲数字水印”技术

基于光学菲涅耳全息图和相位密码板,结合离散余弦变换,设计了一种新的正实值编码的“盲数字水印”计算方法.相位密码板是多个点光源的菲涅耳衍射光场的相角之和,原始水印图像在其菲涅耳衍射域中与通过相位密码板的参考光作相干叠加,形成菲涅耳全息图;之后将其嵌入到原始宿主图像的离散余弦变换中,同时将此叠加水印信息的原像素值用其邻近的原像素均值来替换;通过作逆离散余弦变换,获得了已嵌入水印信息的正实数值的目标图像;通过对载有水印信息的目标图像作逆运算,从中提取了原始水印图像.数值计算结果表明：该水印计算法对JPEG有损压缩、剪切、噪音污染和重采样等攻击,具有很强的鲁棒性.由于本算法属“盲数字水印”技术,以及水印信息的灵活嵌入和多重密钥（衍射距离、多个点光源位置等）的随意选择,从而使该算法具有很高的安全性和实用价值.     

基于压缩感知的光学图像加密技术研究

提出了一种基于压缩感知的光学数字图像加密方案,利用压缩感知理论及特点,借助双随机相位编码技术,实现了对数字图像的多重加密。通过压缩感知使用随机测量矩阵作为密钥对原始图像加密,然后对加密图像利用Arnold变换置乱二次加密,并通过4f光学系统进行双随机相位编码再次对图像加密,从而实现了对图像的多次加密。考虑实际应用中传输过程的安全性,将加密图像融合于载体图像。在接收端,对加密图像进行解密重构。实验结果表明,该加密方案能够有效降低采样数据量,具有高稳健性,对密钥响应敏感并可以抵御较强的攻击。     

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。     

用于光束整形的衍射光学元件设计的混合算法

提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计.     

用于光束整形的衍射光学元件设计的混合算法

提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计.     

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。     

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。     

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。     

一种应用相息图对灰度图像信息进行隐藏的方法

一幅灰度图像的相息图被隐藏于一幅宿主图像中,该相息图是采用基于相息图迭代的双随机相位加密技术得到的.由于采用仅含有位相信息的相息图作为待加密灰度图像信息的载体,因而与隐藏图像同时具有振幅和相位信息的情况相比较,需要隐藏的信息量大大降低,从而可在对宿主图像影响较小的情况下,提高提取信息的质量;并可有效地提高信息提取时的光学效率,并且对二元图像信息的隐藏也同样适用.水印图像的剪切对隐藏信息提取质量的影响也被分析,模拟实验结果证明了所采用方法的有效性. 关键词： 灰度图像 相息图 信息隐藏     

基于计算全息和θ调制的彩色图像加密方法

提出了一种基于计算全息和θ调制的彩色图像光学加密新方法.该方法利用彩色三基色原理和计算全息编码技术,首先将彩色图像的红、绿、蓝三基色分量进行随机相位调制和菲涅耳衍射变换,然后经过θ调制后进行图像叠加并编码为计算全息图,即加密过程是将一幅彩色图像加密为一幅实值的二元计算全息图,得到单幅密文.解密为加密的逆过程,首先将加密的计算全息图置于空间滤波和菲涅耳衍射系统中,经过相位密钥解调和基于滤光片的滤波器滤波,最后通过正确距离的菲涅耳衍射完成解密,得到彩色明文图像.计算机模拟结果证明了该方法的有效性和可行性.