基于相位编码的光学图象加密研究

• 作 者: 韩振海
• 机 构: 电子科技大学
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 光学图象加密 随机相位 周期性相位 联合变换相关 混沌序列

本论文概述了光学图象加密的国内外发展动态和基本理论；简单评述了各种方法的特点，指出了在实际应用中存在的不足；对基于相位编码的光学图象加密技术的理论、光学实现和计算机模拟实验进行了较系统的研究。主要工作如下：
首先，对目前比较热门且具有很大发展潜力的双随机相位加密技术进行了计算机模拟，并且重点对抗噪性能进行了模拟分析。双随机相位加密方法对相位掩模的对准精度要求极其严格；此外，由于相位掩模具有完全随机性的特点，所以该随机相位掩模不能重构，一旦遗失或损坏，便无法对加密图象进行解密。本文因此首次提出了双周期性相位加密方法并作了计算机模拟分析。其基本原理是利用两个彼此独立的周期性相位掩模对需要保护的图象分别在空域和Fourier频域进行编码，使原始图象变成噪声。其特点是解密时对相位掩模的对准精度有一定的宽容度，在易用性方面有着自己的特点；且该相位分布易于由密钥的合法持有者唯一重构。计算机模拟分析得到了良好的结果，证明了该方法的可行性。
其次，本文开展了基于联合变换的旋转不变光学图象加密的研究并作了计算机模拟分析。其基本原理是利用两个彼此独立的编码脉冲信号(chirpsignal)相位掩模对需要保护的图象在联合变换相关器中进行编码，以实现对图象的加密。其特点是解密时加密图象的旋转不会影响解密的效果；由于该相位分布是密钥的合法持有者唯一掌握的确定性函数，所以可以重构，给密钥的保存和传输带来了方便，这些特点是一般的双随机相位加密方法所不具备的。计算机模拟分析得到了良好的结果，证明了该方法的可行性。
最后，本文提出了利用混沌序列相位对图象在联合变换相关器中进行加解密的方法并作了计算机模拟分析。由于周期性相位分布函数具有周期函数的特点，因此理论上存在着相位分布函数被盲破解的可能。而对于基于联合变换的混沌序列加密，由于由混沌序列构成的密钥相位具有随机分布的特性，所以加密效果令人十分满意，同时由于密钥相位对迭代初值的微小差异极其敏感，加密图象还具有很强的抗盲解密的能力；另一方面，随机分布的密钥相位又是由确定性的非线性迭代方程产生的，从而为密钥的重构、保存与传输等问题提供了保障。