基于涡旋阵列光束的多图像加密技术研究

作     者：李伟 

作者单位：上海师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫爱民

授予年度：2021年

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：光学图像加密 非对称加密 涡旋激光阵列 逆达曼光栅 等模分解 

摘      要：通信技术的发展给人们生活、工作提供了极大的便利,信息的传递尤其图像信息的传递越来越频繁,促进了人们的交流,但是信息的安全问题也随之出现。因此,寻找有效的技术途径和方法进行图像加密是当今的研究热点。图像加密主要包括基于“数学理论的传统图像加密技术和基于“非数学理论的新型图像加密技术两大类。光学图像加密技术是一种利用光学参量对图像进行加密的新型图像加密技术,在近年来受到越来越多的关注。本论文针对当前海量数据安全传递的实际需求,对当前多图像光学加密方法及研究热点进行了调研,分析了它们的优缺点。同时针对单幅图像加密容量小和解密图像功率低的问题,提出了两种新颖的多图像加密方法,既能提高图像加密容量和解密图像功率,又能保证加密安全性,为光学多图像加密技术的应用和发展提供了参考。本论文的工作主要包含以下三个方面:1.针对图像加密容量小和光学系统过于复杂的问题,提出了一种基于非相干光束叠加与椭圆曲线密码学的非对称多图像光学加密方法,详细的描述了加密原理,并对其进行了数值模拟,通过对图像的直方图、相邻像素相关性、信息熵和密钥空间进行分析,证明了该系统具有较强的鲁棒性且能有效加密多张图像。2.针对产生涡旋阵列光束质量不高的问题,提出了一种基于螺旋相位板和达曼光栅产生高质量涡旋阵列光束的方法,利用螺旋相位板产生不同拓扑荷数的涡旋光束,再与达曼光栅的分束效果相结合,即可产生不同拓扑荷数的涡旋阵列光束,同时可以利用干涉方法对拓扑荷数进行测试,另外实验结果与模拟结果非常一致,产生的涡旋阵列光束质量较好。3.针对解密图像功率低的问题,提出了一种基于逆达曼光栅与等模分解的非对称涡旋相干合束多图像加密方法,主要将涡旋光束通过达曼光栅分束产生的相位用于逆达曼光栅的合束,详细的介绍了加密原理,并对其进行了数值模拟,还分析了逆达曼光栅对准误差、相位值误差、剪切攻击、噪声攻击对解密质量的影响。