基于双随机相位编码的局部混合光学加密系统

针对目前图像的选择性加密无法通过光学结构实现的问题,通过光学设计方法,将基于4f系统的双随机相位编码技术和基于衍射系统的双随机相位编码技术相结合,提出了一种基于双随机相位编码的局部混合光学加密系统.在该系统中,原始图像被分为重要信息和非重要信息,重要信息在4f系统中进行加密,非重要信息在衍射系统中进行加密,用4f系统密文替换掉衍射系统密文中的一部分,得到最终的加密图像.解密为加密的逆过程,将4f系统密文从最终密文中剪切出来后,用其还原出衍射系统密文中被替换掉的信息,从而得到完整的衍射系统密文,两个密文分别经过各自对应系统的逆过程后完成解密.该方法实现了通过光学结构对图像进行选择性加密,安全有效,具有良好的鲁棒性.通过仿真实验验证了该方法的有效性,利用相关系数对该方法的加密和解密效果进行了评估,验证了该方法的安全性.     

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。     

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.     

基于深度学习的单帧同轴数字全息重建方法

针对同轴数字全息中零级像及孪生像对再现像干扰的问题,提出一种基于深度学习的单帧同轴数字全息图重建方法.利用神经网络强大的特征提取能力,去除同轴全息重建过程中零级像及孪生像对再现像的干扰.分别针对强度型和相位型目标所对应的同轴全息图利用U-Net的卷积神经网络进行了训练和重建,结果表明U-Net网络对强度型和相位型目标均...     

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。     

基于神经网络模型的光学计算

目前的电子计算机适于解决数字运算问题，但是在解决辨别、联想、推理等所谓随机问题方面的能力却远不如人的大脑．企图模仿人脑的解剖结构来设计计算机以解决随机问题，并利用光学的独特功能，这就是光学神经元计算机．据此，Ｈｏｐｆｉｅｌｄ提出了一种关联存贮模型（或称为内容存贮），即每个存贮状态不是按地址存贮，而是按内容存贮在整个神经网络系统上．光学由于具有内禀的并行性，特别适于实现这个模型．采用纯光学或光电混会方法，通过光学矩阵乘法，取阀值运算，反馈迭代过程，可以实现从有误差的输入信息中提取正确的关联存贮信息．利用全息技术，有可能实现二维数据的关联存贮．     

基于深度学习的光学表面杂质检测

在基于激光技术的现代光学实验和光学应用中,光学元器件表面的微杂质和微缺陷是影响光学系统精密程度的主要因素之一,因而光学表面杂质和缺陷的定位检测是一个重要的问题.本文提出利用深度神经网络来辅助光学杂质检测的理论方案.模拟了一束探测激光脉冲照射到具有单个微小杂质的光学表面时,反射信号和透射信号中所携带杂质的位置信息可被一个...     

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.     

基于全息技术的光学加密系统实值编码

提出一种基于全息技术用于光学图像加密的实值编码方法.待编码的数字图像与一个大小相同、灰度值为零的图像组成一幅新的图像,然后与一个随机相位掩膜一起通过光学透镜作傅里叶变换,取变换结果的实部作为编码输出图像.利用全息记录的方法解码,即编码输出图像和随机相位掩膜的傅里叶变换相加通过光学透镜作傅里叶反变换,记录反变换的光强分布,再通过非线性变换或灰度变换的方法可以恢复原图像.     

用于光学图象加密的分数傅里叶变换双相位编码

作者提出了一种用于图象加密的基于分数傅里叶变换的双相位编码技术.该方法由于密钥比传统的编码技术增加两重,因而其安全性有所改进.     

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.     

基于卷积神经网络的大气中光路气流扰动实验研究

提出了一种基于激光光斑畸变和卷积神经网络(CNN)的光路气流扰动研究方案。利用CNN对激光光束在空间传播中受到气流扰动后的光斑畸变进行学习,得到光束传播路径上的气流扰动情况。实验表明,训练得到的评估参数与由风速仪测得的光路中的气流扰动(风速)具有强相关性。本方案提供了一种短距离、快速、低成本的气流扰动分析手段。     

基于相位恢复和数字全息的音频水印

提出了一种在数字全息技术中引入相位恢复算法的音频水印方法.用水印图像经相位恢复处理形成虚拟物光波与参考光波干涉,得到高对比度的傅里叶变换全息图.利用量化算法和离散余弦变换把数字全息图嵌入音频信号中,在水印提取过程中不需要原始音频信号的参与,并且采用密钥加强了水印的安全性.数值计算实验表明:该算法对有损压缩、重采样、低通滤波、噪音干扰等常用音频信号攻击均具有很好的稳健性.     

基于3D全卷积神经网络的肺叶自动分割方法

基于电子计算机断层扫描(CT)影像的肺叶分割是医生诊断和治疗肺部疾病的重要参考之一,但肺叶边界的模糊以及手动分割的巨大工作量使得医生难以准确、快速地分割肺叶。为此,提出了一种基于新型3D全卷积神经网络的肺叶自动分割方法。对原始CT图像进行预处理,然后利用预处理后图像训练卷积神经网络,再将待分割图像输入到训练好的网络模型中,实现CT图像中肺叶的自动分割。实验数据包括来自上海市肺科医院的50例肺部疾病患者的CT图像,30例被用于训练,20例被用于测试。对分割结果进行了定量评价,其中Dice系数为0.961,Jaccard相似系数为0.916。实验结果表明该肺叶自动分割算法具有更好的分割性能以及更强的泛化能力,即使在训练集数据较少的情况下,也能够准确、快速的分割肺叶。     

双随机相位图像加密的实值编码研究

提出了一种基于双随机相位的图像实值编码方法,该方法可应用于光学图像加密.要编码的纯相位图像分别在空间域和频域加入随机相位掩膜,其中在频域将编码范围扩大4倍,经过光学系统的变换,将生成的图像取实部作为编码图像.实值编码的图像利用与编码过程类似的方法进行解码,可以准确地重建原图像.该编译码方法简单,编码图像是一个近似随机噪声的实值图像,便于数字图像的传输与输出.     

基于液晶光阀的视频光学加解密技术研究

高清监控视频的加密传输是一个重要的研究领域,但是随着监控图像清晰程度不断提高,现行视频加密算法的运行开支面临着严峻的考验。因此对视频传输过程中使用光学加解密的可行性进行了探索,提出了基于液晶光阀和双随机相位编码的单通道视频光学加解密技术。该技术的加解密耗时几乎为零,极大提高了视频的传输性能;同时由于光学加解密技术只用在现有视频传输链路的最前端以及末端,不涉及视频编码和传输,增强了系统可用性和通用性。利用Matlab对该方法进行了仿真计算。结果表明,加密后的各通道图像接近白噪声,通过破解的方法恢复原图像的可能性几乎为零;同时可以看到,经过该系统解密之后的图像基本能完全复原。因此该方法在高清化视频日益普及的未来有着广阔的推广价值和应用价值。     

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.     

基于菲涅耳域的双随机相位编码系统的选择明文攻击

用密码分析学的方法对菲涅耳域双随机相位加密系统进行了安全性分析，并提出了一种选择明文攻击的方法，利用多个冲击函数作为选择的明文，成功破解了菲涅耳域的双随机相位加密系统，并给出了密钥的解析式.此方法最大的优点在于解密的无损性，并从理论上加以证明，给出了模拟实验结果. 关键词： 信息光学 双随机相位加密 选择明文攻击 菲涅耳变换