使用计算全息进行三维信息加密的方法研究

全息加密技术作为一种特殊的加密方法被广泛应用于信息加密和防伪等领域。在全息加密过程中,光波的波长、记录距离和入射角度等参数用做加密密钥和解密密钥被人们深入研究,但所加密的信息几乎都是二维信息。利用一种基于虚拟光学的对三维信息进行加密的方法,将三维物体的大小作为一个新的密钥被引入安全全息加密算法,其安全性能得到了极大提高;在此基础上提出了对再现三维图像进行客观评价的方法,即修正峰值信噪比法(PSNR,PeakSignal-to-Noise Ratio)。模拟实验证明,计算全息方法(CGH,Computer-Generated Hologram)作为一种对三维信息进行加密的方法是可行的,修正PSNR法对再现三维图像的质量进行定量分析是有效的。     

一种混合混沌虚拟光学图像加密方法

用共参数的两种混沌系统生成可置换传统双随机相位编码系统中随机相位模板的新模板.将明文图像编码为相位信息,克服原双随机相位编码系统对第一块相位模板不敏感的缺陷;构建可产生均匀非相关随机序列的广义Fibonacci混沌系统,生成均匀分布的相位模板进行图像加密,提高密钥传输效率及系统对密钥的敏感性;对一次加密得到的复值图像,采用提取其振幅及相位的替代操作进行再加密,解决其像素值不能通过按位"异或"进行替代的问题,使密文图像分布更均匀,信息熵达到7.995 8,能有效抵御统计分析攻击.在二次加密中,将产生加密模板的混沌初值与一次加密得到的密文联系,像素数改变率达到0.995 239,更接近理想期望值,增强了系统对明文的敏感性,有效抵御选择明文攻击.仿真实验表明,该方法有效增加了密钥空间和密钥敏感性,提高了加密系统加密效率和安全性.     

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.     

基于Z矩阵映射和选择加密的彩色图像退化算法研究

首先提出了一种可应用于加密的三维Z矩阵映射,并从理论上证明了其良好的密码学特性,其次提出了两种基于不同选择加密模板的彩色图像退化算法并进行了仿真实验.最后,对所提出的两种退化算法从性能和安全性上进行了有效的分析,证明了算法的可靠性.     

一种单通道彩色图像加密方法

提出了一种彩色图像的单通道加密方法. 在该方法中,首先采用三色光栅编码原理将一幅彩色图像编码为一幅灰度图像,再利用双随机相位加密技术对其加密,从而实现了彩色图像的单通道加密. 该方法既保证了安全性,同时在加密时仅需要一个相干光源,简化了系统,实用性较强. 模拟实验结果证明了其有效性. 关键词： 彩色图像 单通道加密 三色光栅 双随机相位     

基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法

针对现有光学加密方法对加密系统要求高、受器件性能限制、加密效率低、解密图像易失真的局限性,提出一种基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法.该方法利用混沌系统随机生成光场成像系统的个数与系统参数,并在计算机中构造出相应的多个光场成像系统;将多幅待加密图像拼接后置于光场成像系统中依次计算得到光场图像,通过提取光场图像的多幅子孔径图像并进行拼接,实现多幅图像的快速加密.解密过程为加密过程的逆过程.该方法将计算成像的方式引入加密过程,使加密不受硬件条件的限制,易于实现.实验结果表明,提出的算法密钥复杂度低,易于传输;对噪声有较好的鲁棒性,密钥空间大,密钥敏感度高,安全性好;加密效率高,解密图像无损失.在需要大量图像进行安全传输的领域具有广泛的应用前景.     

非线性限幅傅里叶计算全息的数字水印方法

基于信息光学理论提出了一种非线性限幅傅里叶计算全息的信息隐藏方法,使数字水印具有更好的稳健性.在传统傅里叶变换全息基础上提取计算全息图的振幅和相位,将相位信息作为输入函数,振幅信息转换成偏置函数,经过非线性限幅处理后得到二元傅里叶计算全息图.由于二元全息图比普通全息图具有更强的抗噪性能,从而大大提高了数字水印的稳健性....     

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.     

原子束计算全息技术的原理与实现

提出用计算全息技术来实现原子束全息成像，降低了原子束全息的实现难度.首先论述了原子束的波动性质以及如何形成相干性能良好的准单色原子波包，然后讨论了原子束计算全息片的设计步骤，并给出了制作完成的SiN薄膜计算全息片，最后详细介绍了原子束全息的实现方案.     

用二元光学技术制作计算全息波面变换元件

基于计算全息原理与二元光学技术设计制作了应用于机载平视显示器（HUD）中的计算全息波面变换元件,该元件具有较高的衍射效率,一块二元相位型计算全息元件的衍射效率比一般计算全息图的衍射效率提高了四倍,并能产生传统光学元件不能实现的光学波面,如非球面,环状面和锥面等,制作工艺简单,复制简便。     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.     

四通道自成像计算全息

描述了一种新型的计算全息，它在双通道计算全息基础上通过对物谱加正的或负的二次位相因子，能一次对四个不同的物进行编码，现现时在四个不同的方向上分别产生它的像，并具有自成像的特性。文中给出了实验结果。     

Computer Generated Rainbow Hologram

The rainbow hologram is very practical to display 3-D images because it can be reconstructed with white light. We propose a simplified model to calculate the computer generated rainbow hologram quickly. In the proposed method, we can simply generate the final hologram from intermediate data, whose total number of samples can be less than one tenth of the final hologram. This intermediate format makes fast computation and effective storage/transmission possible. Only multiple and additional operation need be used to convert the intermediate data to final data. Therefore, it is possible that hardware can be added to an electro-holographic display or printer. In this paper, we discuss both theory of the simplified model and experimental results of white light reconstructed images. Full color holograms are also discussed.     

An Image Encryption Scheme Based on Logistic Quantum Chaos

This paper proposes an image encryption scheme based on logistic quantum chaos. Firstly, we use compressive sensing algorithms to compress plaintext images and quantum logistic and Hadamard matrix to generate the measurement matrix. Secondly, the improved flexible representation of the quantum images (FRQI) encoding method is utilized for encoding the compressed image. The pixel value scrambling operation of the encoded image is realized by rotating the qubit around the axis. Finally, the quantum pixel is encoded into the pixel value in the classical computer, and the bit-level diffusion and scrambling are performed on it. Numerical analysis and simulation results show that our proposed scheme has the large keyspace and strong key sensitivity. The proposed scheme can also resist standard attack methods such as differential attacks and statistical analysis.     

Optical Image Addition and Encryption by Multi-Exposure Based on Fractional Fourier Transform Hologram

We propose a new method to add different images together by optical implementation that is realized by the multi-exposure based on fractional Fourier transform hologram. Partial image fusion is proposed and realized by this method. Multiple images encryption can also be implemented by the multi-exposure of the hologram based on fractional Fourier transform. Computer simulations prove that this method is valid.     

基于双随机相位编码的彩色图像加密技术

为了实现仅用两个密钥对彩色图像进行加密,提出了一种基于光栅调制的彩色图像加密方法.该方法首先把彩色图像分成三基色分量:红,绿,兰.然后,把这三帧灰度图像分别用空间频率不同正弦振幅光栅调制,之后,再把调制结果进行叠加而形成一个实值目标图像,该目标图像包含了原始彩色图像的全部信息.对此目标图像进行双随机相位加密系统的加密,即实现了彩色图像的加密隐藏.由于正弦光栅的调制作用,R、G、B灰度图像的频谱在实值目标图像的频谱中分离开来,通过选取合适的滤波窗口,就可以对他们的频谱分别提取并予以重建,并最终实现重构原始彩色图像.本文给出了理论分析和计算机模拟,实验结果证实了该方法的可行性.     

A New Algorithm for Digital Image Encryption Based on Chaos Theory

In recent decades, image encryption, as one of the significant information security fields, has attracted many researchers and scientists. However, several studies have been performed with different methods, and novel and useful algorithms have been suggested to improve secure image encryption schemes. Nowadays, chaotic methods have been found in diverse fields, such as the design of cryptosystems and image encryption. Chaotic methods-based digital image encryptions are a novel image encryption method. This technique uses random chaos sequences for encrypting images, and it is a highly-secured and fast method for image encryption. Limited accuracy is one of the disadvantages of this technique. This paper researches the chaos sequence and wavelet transform value to find gaps. Thus, a novel technique was proposed for digital image encryption and improved previous algorithms. The technique is run in MATLAB, and a comparison is made in terms of various performance metrics such as the Number of Pixels Change Rate (NPCR), Peak Signal to Noise Ratio (PSNR), Correlation coefficient, and Unified Average Changing Intensity (UACI). The simulation and theoretical analysis indicate the proposed scheme’s effectiveness and show that this technique is a suitable choice for actual image encryption.     

An Image Compression Encryption Algorithm Based on Chaos and ZUC Stream Cipher

In order to improve the transmission efficiency and security of image encryption, we combined a ZUC stream cipher and chaotic compressed sensing to perform image encryption. The parallel compressed sensing method is adopted to ensure the encryption and decryption efficiency. The ZUC stream cipher is used to sample the one-dimensional chaotic map to reduce the correlation between elements and improve the randomness of the chaotic sequence. The compressed sensing measurement matrix is constructed by using the sampled chaotic sequence to improve the image restoration effect. In order to reduce the block effect after the parallel compressed sensing operation, we also propose a method of a random block of images. Simulation analysis shows that the algorithm demonstrated better encryption and compression performance.     

Gyrator变换全息图及其在图像加密中的应用

提出了gyrator变换全息图,利用gyrator变换快速算法模拟实现了gyrator变换全息图的产生和再现,并研究了基于相移数字全息的gyrator变换全息图.在此基础上提出了采用正弦相位光栅实现光学图像加密的新方法.该方法利用gyrator变换在相空间的旋转特性,将gyrator变换的角度、光栅的频率及光栅的旋转角度作为加密密钥,并利用两个或两个以上的gyrator变换系统的级联实现图像加密,增加了系统的安全性.依据相移数字全息进行的两个gyrator变换系统级联的仿真实验验证了该方法的可行性、有效性及其良好的安全性能.     

基于混沌与快速小波变换的多光谱图像压缩加密算法

针对多光谱图像存储和传输安全性问题,提出一种将混沌思想、小波变换和KL(karhunen-loeve)变换相结合的多光谱图像压缩加密算法。首先,采用K-means聚类方案将多光谱图像聚类为通用像素,通过选择合适的K值使算法的性能最优,同时便于后续处理;然后对通用像素进行二维离散9/7小波变换,对变换后的系数进行Arnold变换以及加密处理,消除多光谱图像大部分空间冗余,减少压缩过程中的块效应;之后对产生的小波系数进行改进的KL变换,消除残余空间冗余和光谱冗余;最后采用差分脉冲滤波器对系数进行编码,并采用Tent映射对码流进行混淆扩散加密。通过实验可知,本算法的信息熵达到11.794 3(选取12位多光谱图像),信息熵更接近最大值12,优于现有算法,可以更好的隐藏原图特征;该算法的像素变化率(NPCR)和归一化平均变化强度(UACI)分别为99.81%和34.19,优于现有的其他算法,本算法可以更好的抵御差分攻击;输出比特流变化率保持在47.62%～47.71%之间,密文比特流变化率保持在47.45%～47.52%,本算法具有较好的密钥敏感性;在压缩比为4∶1～32∶1范围内,系统PSN...