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基于数据隐私保护机制的光学图像加密研究

激光杂志 2023年第2期44卷 102-107页

作者：王雪飞王鹏绥化学院黑龙江绥化152000

为提高光学图像信息的安全性,研究基于数据隐私保护机制的光学图像加密方法。采用Logistic映射的输出序列生成光学图像的混沌掩码,将其与螺旋相位掩码相结合,形成混合相位掩码,经希尔伯特变换和波带片相位模型调和后获取调和掩码,校正... 详细信息

为提高光学图像信息的安全性,研究基于数据隐私保护机制的光学图像加密方法。采用Logistic映射的输出序列生成光学图像的混沌掩码,将其与螺旋相位掩码相结合,形成混合相位掩码,经希尔伯特变换和波带片相位模型调和后获取调和掩码,校正光学装置光轴;采用相位复用算法中的杨-顾算法,依据调和掩码将光学图像加密成实值光学图像,将线性滤波引入到解密光学图像中,提高解密光学图像质量与加密光学图像的数量,实现高容量的多光学图像加密。实验表明,该方法可压缩加密光学图像,并提高解密光学图像质量,加密质量系数为0.9,加密信息熵值平均为8.999 6。

关键词：数据隐私保护光学图像加密 Logistic映射混合相位掩码光轴校准解密光学图像

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帐篷映射耦合孔径梅林变换的光学图像加密

计算机仿真 2022年第3期39卷 188-194,272页

作者：李俊梅梁意文荆楚理工学院计算机工程学院河北荆门448000 武汉大学计算机学院湖北武汉430000

为解决当前光学图像加密方法容易遭受各类攻击等安全问题,设计了基于帐篷映射和孔径分数梅林变换的光学图像加密算法。首先,对明文图像作对数极坐标变换,将变换结果图像分解成多个环域子图像;然后利用不同阶数的孔径分数梅林变换分别对... 详细信息

为解决当前光学图像加密方法容易遭受各类攻击等安全问题,设计了基于帐篷映射和孔径分数梅林变换的光学图像加密算法。首先,对明文图像作对数极坐标变换,将变换结果图像分解成多个环域子图像;然后利用不同阶数的孔径分数梅林变换分别对子图像进行处理,得到对应的复值图像;为了增强密钥的随机性,借助帐篷映射产生一个辅助相位,并将其融入到加密过程的相位密钥中,并使用重复迭代加密的方法,对幅度和相位信息进行编码。最后,利用帐篷映射生成一个随机矩阵,对迭代加密后的幅度信息进行异或操作,完成最终的加密处理。实验测试结果表明:与当前的光学图像加密方法相比,上述算法具备更好的鲁棒性和稳定性,能够有效地抵抗各类非法攻击。

关键词：光学图像加密帐篷映射孔径分数梅林变换对数-极坐标变换重复迭代加密幅度编码

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基于数字全息的光学图像加密技术研究

基于数字全息的光学图像加密技术研究

作者：马满满哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

在信息安全领域,利用计算机或数字信号处理等传统的加密方法对海量信息处理时,运行速度较慢。信息光学系统具有并行处理数据的能力,且图像的信息可被隐藏在光的多个自由度中。因此,光学加密技术在信息安全领域尤其是在图像加密中得到了... 详细信息

在信息安全领域,利用计算机或数字信号处理等传统的加密方法对海量信息处理时,运行速度较慢。信息光学系统具有并行处理数据的能力,且图像的信息可被隐藏在光的多个自由度中。因此,光学加密技术在信息安全领域尤其是在图像加密中得到了广泛的应用。基于数字全息的光学图像加密技术可以将图像的振幅和相位信息保存在强度中,利于密文的存储与传输,逐渐成为光学图像加密的研究热点。本文对基于数字全息的光学图像加密技术的国内外研究现状展开了系统性的分析,分别针对目前相移全息以及离轴全息存在的需对密钥取共轭以及空间带宽利用率不高的问题,提出了相应的解决方案。本文的主要研究内容如下:(1)传统的基于同轴全息的光学图像加密方法通过引入相移技术,从而去除共轭像和零级像,得到高质量的解密图像。然而目前的这些加密方法在解密过程中大多需要对密钥取共轭,并且最终得到至少密文不止一幅,不利于传输。针对上述问题,提出基于相移全息与数字光学相位共轭技术的光学图像加密方法。通过生成密文图像的共轭,加密过程中使用的密钥可直接用作解密密钥,从而避免了对密钥取共轭的步骤。借助四步相移数字全息,明文被转化为四张类似噪音全息图。引入提升小波变换技术提取其低频分量,并对其组合。此外,为了进一步提高安全性,对组合后的全息图采用三维Logistic混沌系统进行非线性循环移位置乱。解密过程中,利用数字光学相位共轭技术提取明文信息。(2)传统的离轴全息通过在物光与参考光之间引入一个角度,使物光波与零级项、共轭项在频域上分离。通过相应的滤波器滤波,在密钥均正确的情况下即可解密图像。在滤波过程中,为了准确滤出物光项,要求物光谱在频域上与其他级次相互分离。图像传感器对光波进行离散采样,有限的像素尺寸决定了全息图的有限带宽。为了弥补带宽的损失,将Kramers-Kronig关系引入离轴多光束复用加密系统中。加密过程中多路物光分别经过一定距离的菲涅耳衍射并经随机相位密钥调制后与参考光干涉,得到密文全息图。该全息图隐藏了原始图像的信息和个数,因此在存储和传输过程中具有较高的安全性和迷惑性。解密过程中利用信号的解析性,直接从频谱的正频部分将信号提取出来。与传统的基于离轴数字全息的光学图像加密方法相比,该方法实现了频谱重叠情况下图像的解密。综上所述,本文对基于数字全息的光学图像加密技术进行了深入的研究。针对目前相移全息以及离轴全息图像加密存在的问题,提出了相应的解决方案,数值仿真和部分光学实验证明了所提方法的可行性。以上结果为数字全息图像加密领域提供了新的思路。

关键词：光学图像加密数字全息菲涅耳变换多图像混沌

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基于计算成像的光学图像加密研究

基于计算成像的光学图像加密研究

作者：陈磊杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着新时期人工智能的进一步发展,在大数据时代信息数据显得尤为重要,人们无时无刻都在进行着数据信息的传播。数据信息涉及很多个人的重要隐私信息,公司关键技术的核心信息,甚至有关国家安全的机密信息,信息传输过程中的安全性就变得... 详细信息

随着新时期人工智能的进一步发展,在大数据时代信息数据显得尤为重要,人们无时无刻都在进行着数据信息的传播。数据信息涉及很多个人的重要隐私信息,公司关键技术的核心信息,甚至有关国家安全的机密信息,信息传输过程中的安全性就变得尤为重要,信息传输过程中的加密技术也引起了越来越多人的关注。图像作为信息的重要载体,在信息传递过程中有着非常关键的地位,因此各种各样的图像加密技术也在不断地被研究人员提出和完善。本论文主要阐述了光学图像加密的研究背景,以及基于几种计算成像的光学图像加密技术的进展情况,然后简要介绍了一些傅里叶光学的基础知识以及常见的计算成像系统原理,在此基础上提出了两种光学图像加密技术。本论文提出的第一个加密系统是基于近场傅里叶叠层成像技术的双重图像加密系统,在改进成像系统的同时,实现了复值图像的加密解密。传统的近场傅里叶叠层成像系统在数据采集时会将成像物体进行机械移动,但是这样会导致系统误差。因为信号频域的相位移动会导致空域的位置移动,本论文提出的加密系统使用空间光调制器给成像物体在频域施加了相移,间接实现了物体空域位移的效果,同时避免了机械移动导致的系统误差。并且利用该成像系统可以同时恢复照明图案和成像物体的特点,设计了第二次加密。可以在第一次解密的基础上解密出另外一幅图像,具有隐蔽性不容易被攻击者察觉。本论文提出的第二个加密系统是基于相位迭代算法和单像素成像系统的双图像加密系统。在传统的基于单像素成像的加密系统中引入了相位迭代算法,达到了加密复振幅图像的效果,并且可以很好地抵抗伪造攻击。将复振幅图像的振幅和相位分别赋值为一幅图像,则实现了两幅图像的加密。两种加密系统都将光学图像加密与计算成像系统有效地结合起来,充分利用了成像系统的独有特点,实现光学图像加密的同时,扩大了密钥空间,提高了安全性。对提出的加密系统进行了数值模拟仿真,验证了其有效性和安全性。

关键词：傅里叶叠层成像单像素成像光学图像加密相位迭代算法

基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密方法

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激光杂志 2023年第5期44卷 187-191页

作者：龙桂铃汪绍荣宜春学院网络与教育技术中心江西宜春336000

为避免数字图像传输过程中受到密文攻击被破解与复制,提出基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密方法,利用Logistic映射迭代明文图像,使用Gyrator变换的光学结构加密压缩后的明文图像,并采用开关中值滤波消除加密图像的噪音。实... 详细信息

为避免数字图像传输过程中受到密文攻击被破解与复制,提出基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密方法,利用Logistic映射迭代明文图像,使用Gyrator变换的光学结构加密压缩后的明文图像,并采用开关中值滤波消除加密图像的噪音。实验结果表明:使用本方法处理后的12幅激光图像在攻击发生时对应的相关系数更小,均≤0.028,且加密后图像的像素灰度级频率大致维持在250上下,分布相对最为均匀,证明该方法相对更能有效抵抗选择密文攻击和唯密文攻击,且加入消噪处理后更能显著提升加密图像的加密性能。

关键词：抵抗密文攻击光学图像加密压缩感知 Gyrator变换混沌序列开关中值滤波

基于差异混合掩码与混沌Gyrator变换的光学图像加密算法

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电子与信息学报 2019年第4期41卷 888-895页

作者：陈艳浩刘中艳周丽宴河南师范大学网络中心新乡453000 南阳理工学院计算机学院南阳473004 郑州大学信息工程学院郑州450001

为了提高光学加密技术的抗选择明文攻击能力与未知攻击下的解密质量,该文设计了基于差异混合掩码与混沌Gyrator变换的光学图像加密算法。将输入明文转换成相应的快速响应码;考虑明文特性,根据Logistic映射,生成一个混沌相位掩码;同时,... 详细信息

为了提高光学加密技术的抗选择明文攻击能力与未知攻击下的解密质量,该文设计了基于差异混合掩码与混沌Gyrator变换的光学图像加密算法。将输入明文转换成相应的快速响应码;考虑明文特性,根据Logistic映射,生成一个混沌相位掩码;同时,联合径向希尔伯特与波带片相位函数,将其与混沌相位掩码融合,构建了混合相位掩码;随后,利用明文图像迭代Logistic映射所输出的随机序列来计算Gyrator变换的旋转角度,结合混合相位掩码,对快速响应码进行调制,形成Gyrator频谱;引入等量分解技术,将Gyrator频谱分割为两个分量,并设置不同的阶数,形成两个差异螺旋相位掩码;利用奇异值分解(SVD)方法,将其中一个Gyrator频谱分量进行处理,并联合两个差异螺旋相位掩码,分别对其相应的正交矩阵进行编码;最后,通过组合编码后的正交矩阵与对角矩阵,基于可逆SVD技术,输出加密密文。理论分析了所提算法抵抗明文攻击和裁剪攻击的能力,以及加密结果针对密钥变化的敏感性水平。实验结果验证了所提算法拥有良好的安全性能。

关键词：光学图像加密差异混合掩码螺旋相位掩码 Gyrator变换奇异值分解

基于多模光纤散斑的压缩感知在光学图像加密中的应用

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物理学报 2020年第3期69卷 122-131页

作者：胡耀华刘艳穆鸽秦齐谭中伟王目光延凤平北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室

为了安全高效地对图像信息进行传输,提出了一种新颖的基于多模光纤散斑的压缩感知结合双随机相位编码的光学图像加密方法.多模光纤产生的光斑作为压缩感知的测量矩阵,完成对图像的第一次压缩和加密,并且充当第一级密钥;再利用双随机相... 详细信息

为了安全高效地对图像信息进行传输,提出了一种新颖的基于多模光纤散斑的压缩感知结合双随机相位编码的光学图像加密方法.多模光纤产生的光斑作为压缩感知的测量矩阵,完成对图像的第一次压缩和加密,并且充当第一级密钥;再利用双随机相位编码技术进行第二次加密,实现对图像的完整加密过程,随机相位掩模板充当第二级密钥,解密过程与此相反.通过将光斑测量矩阵与用于压缩感知的常用随机测量矩阵进行对比研究后发现,使用光斑测量矩阵解密后的图像质量更好,而且相比于其他随机测量矩阵在硬件实现上的复杂性与高成本,光斑矩阵可以很容易地通过简单的光学器件来获得,且可以利用工作波长的改变来进行变换,也即第一级密钥非常容易变换.同时经研究表明,本文方法可以有效抵抗统计分析、噪声干扰和剪切等攻击,且对密钥敏感性高,具有良好的鲁棒性和安全性.因此,本文提出的这种基于光斑矩阵的压缩感知与双随机相位编码结合起来的加密方法,可以获得良好的加密效果与极大的密钥空间,并且易于在光学领域整合.

关键词：多模光纤散斑压缩感知光学图像加密双随机相位编码

基于螺旋相位变换和广义Fibonacci混沌的光学图像加密

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电子与信息学报 2020年第4期42卷 988-996页

作者：郭媛许鑫敬世伟金涛金梅齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院齐齐哈尔161006

为了解决光学加密技术中混沌序列分布不均匀,抗选择明文攻击能力弱以及菲涅尔域双随机相位编码系统对第1个衍射距离不敏感等问题,该文基于螺旋相位变换和新型广义Fibonacci混沌系统,提出一种光学图像加密算法。在菲涅尔域的双随机相位... 详细信息

为了解决光学加密技术中混沌序列分布不均匀,抗选择明文攻击能力弱以及菲涅尔域双随机相位编码系统对第1个衍射距离不敏感等问题,该文基于螺旋相位变换和新型广义Fibonacci混沌系统,提出一种光学图像加密算法。在菲涅尔域的双随机相位编码中对明文图像进行相位编码和螺旋相位变换,克服系统对第1块随机模板和衍射距离不敏感的缺陷,提高光学密钥敏感性。添加安全图像与明文进行加权干涉,进一步提高光学密钥敏感性和密钥维度。构造可产生均匀混沌序列的广义Fibonacci混沌系统生成随机模板,解决密钥体积过大分发传递困难问题,克服Logistic混沌分布不均匀的缺点,提高密钥传输效率及密钥敏感性。同时用明文哈希值SHA-256生成混沌初值和螺旋相位变换参数,使得密钥流随明文自适应变化,达到"一次一密"的效果,提高算法抵抗选择明文攻击能力和明文敏感性,雪崩效应更强。实验对比表明该算法明文及密钥敏感性高,密钥空间大,鲁棒性好,能有效抵御各种攻击,是一种高安全性的光学图像加密方法。

关键词：光学图像加密广义Fibonacci混沌螺旋相位变换菲涅尔变换一次一密

基于相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法

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电子与信息学报 2018年第2期40卷 438-446页

作者：张博龙慧江沸菠长沙师范学院信息与工程系长沙410100 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 湖南师范大学物理与信息科学学院长沙410081

为了解决光学图像加密技术将密文相位信息主要集中在纯相位掩码中,使其存在轮廓显现问题,该文提出相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法。首先,对输入图像进行归一化处理;基于Logistic映射,利用输入图像的像素特性,生成其初值,... 详细信息

为了解决光学图像加密技术将密文相位信息主要集中在纯相位掩码中,使其存在轮廓显现问题,该文提出相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法。首先,对输入图像进行归一化处理;基于Logistic映射,利用输入图像的像素特性,生成其初值,通过迭代Logistic映射,输出混沌相位掩码;借助相位掩码,对图像完成调制,并结合Fourier变换,对调制图像进行处理,输出其Fourier频谱;再对该频谱分别进行等模分解,获得两个掩码;再基于不同分数阶的Fourier机制,对两个掩码进行变换;最后,引入相位-幅度截断编码技术,设计单向编码机制,通过激光束的相干叠加,输出编码密文的幅度与相位信息,将相位部分视为编码密文,把幅度信息作为解密密钥。通过等模分解技术,将输入明文演变为4个不同的相位与幅度信息,有效解决了轮廓显现问题。实验结果显示:与当前基于干涉原理的图像加密机制相比,所提算法的安全性更高,有效消除了轮廓显现问题。

关键词：光学图像加密相干叠加模均等矢量分解混沌相位掩码 Fourier变换相位-幅度截断单向编码