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gyrator变换全息图及其在图像加密中的应用

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光子学报 2013年第2期42卷 245-252页

作者：林睿重庆工商大学计算机科学与信息工程学院重庆400067

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... 详细信息

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.

关键词： gyrator变换 gyrator变换全息图 gyrator变换快速算法相移数字全息图像加密

gyrator变换计算全息图及其新型编码方法

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光电工程 2014年第6期41卷 87-94页

作者：林睿重庆工商大学计算机科学与信息工程学院重庆400067

基于gyrator变换数值算法和计算全息理论提出了gyrator变换计算全息图,采用罗曼编码方法制作出了在不同变换角度下的gyrator变换计算全息图并实现了相应的数字再现,其再现规律与相关文献报道的gyrator变换全息图的再现规律一致,表明制作... 详细信息

基于gyrator变换数值算法和计算全息理论提出了gyrator变换计算全息图,采用罗曼编码方法制作出了在不同变换角度下的gyrator变换计算全息图并实现了相应的数字再现,其再现规律与相关文献报道的gyrator变换全息图的再现规律一致,表明制作gyrator变换计算全息图是可行的。在此基础上提出了一种新的计算全息编码方法即梯形等效面积编码方法,该方法能有效提高在单个抽样单元中进行相位编码时的相位量化级数。应用该编码方法完成了傅里叶变换计算全息图的产生和数字再现的仿真实验,实验表明采用新型编码方法的离轴物体的计算全息图能实现零级衍射成像。采用新型编码方法也实现了gyrator变换计算全息图的产生和数字再现的仿真实验。上述实验结果表明本文提出的新型编码方法是可行的和有效的。

关键词：计算全息图 gyrator变换 gyrator变换全息图相位编码相位量化

gyrator变换域的高鲁棒多图像加密算法

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中国图象图形学报 2020年第7期25卷 1366-1379页

作者：王丰邵珠宏王云飞姚启钧刘西林首都师范大学信息工程学院北京100048 北京成像理论与技术高精尖创新中心北京100048 首都师范大学物理系北京100048 首都师范大学化学系北京100048 太原理工大学大数据学院太原030600

目的随着互联网通信和多媒体技术的快速发展,单幅图像加密技术难以满足日益增长的数据传输需求。为提高图像加密系统的传输效率,同时保证安全性和鲁棒性,本文构建一种基于gyrator变换和多分辨率奇异值分解(multi-resolution singular va... 详细信息

目的随着互联网通信和多媒体技术的快速发展,单幅图像加密技术难以满足日益增长的数据传输需求。为提高图像加密系统的传输效率,同时保证安全性和鲁棒性,本文构建一种基于gyrator变换和多分辨率奇异值分解(multi-resolution singular value decomposition,MRSVD)的多图像加密算法。方法首先,将明文图像每两幅组合为复数矩阵,利用改进的logistic映射生成混沌相位掩模,对复数矩阵进行gyrator域的双随机相位编码。其次,将变换后矩阵的实部分量和虚部分量组合为实数矩阵并进行多分辨率奇异值分解。最后,使用正交系数矩阵对多分辨率奇异值分解的结果进行线性组合得到密文图像。结果实验结果表明,使用本文算法得到的解密图像的峰值信噪比大于300 d B,解密图像质量相较于对比算法的解密图像质量更好;密钥发生微小改变前后密文相关系数(correlation coefficient,CC)远小于0.20,明文像素值发生微小变化时像素变化率(number of pixels change rate,NPCR)与归一化平均变化强度(unified average changing intensity,UACI)分别约为0.9990和0.3337;密钥空间大小为5.6169×1060,可以抵御蛮力攻击;当密文图像受到一定强度的高斯白噪声和剪切攻击时,本文算法能够较好地恢复明文图像。结论所提出的多图像加密算法在高质量恢复明文图像的同时具有较高的安全性和较强的鲁棒性,可以应用于图像的内容保护与安全传输。

关键词：多图像加密 gyrator变换多分辨率奇异值分解改进的logistic映射双随机相位编码

基于gyrator变换和矢量分解的非对称图像加密方法

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物理学报 2016年第21期65卷 139-144页

作者：姚丽莉袁操今强俊杰冯少彤聂守平南京师范大学江苏省光电技术重点实验室南京210023

本文结合矢量分解和gyrator变换的数学实现得到了一种新的非对称图像加密算法,它将待加密图像先通过矢量分解加密到两块纯相位板中,然后利用从gyrator变换的数学实现中推导出来的加密算法加密其中一块相位板,获得最终的实值密文.另一块... 详细信息

本文结合矢量分解和gyrator变换的数学实现得到了一种新的非对称图像加密算法,它将待加密图像先通过矢量分解加密到两块纯相位板中,然后利用从gyrator变换的数学实现中推导出来的加密算法加密其中一块相位板,获得最终的实值密文.另一块相位板作为解密密钥.算法的解密密钥不同于加密密钥,实现了非对称加密,加密过程中产生的两个私钥增大了算法的安全性.数值模拟结果验证了该算法的可行性和有效性.

关键词： gyrator变换非对称加密矢量分解实值密文

广义双曲正弦-高斯光束的gyrator变换性质和暗空心光束产生

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物理学报 2014年第10期63卷 179-184页

作者：朱开成唐慧琴郑小娟唐英中南大学物理与电子学院超微结构与超快过程湖南省重点实验室长沙410083

基于gyrator变换,推导了广义双曲正弦-高斯光束场分布的解析表达式,研究了广义双曲正弦-高斯光束在gyrator变换平面上的光强分布和相位特性.结果表明,在gyrator变换过程中,具有边缘位错相位特性的双曲正弦-高斯光束能转换为具有涡旋的... 详细信息

基于gyrator变换,推导了广义双曲正弦-高斯光束场分布的解析表达式,研究了广义双曲正弦-高斯光束在gyrator变换平面上的光强分布和相位特性.结果表明,在gyrator变换过程中,具有边缘位错相位特性的双曲正弦-高斯光束能转换为具有涡旋的暗空心光束,并确定产生的暗空心光束的拓扑荷指数为一,而不具有边缘位错相位特性的双曲余弦-高斯光束则不可能出现空心结构.对影响变换场强度和相位分布的束结构参数及系统参数进行了分析讨论.

关键词：广义双曲正弦-高斯光束 gyrator变换暗空心光束相位奇异性

四瓣高斯光束的gyrator变换性质和矩形空心光束的产生

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物理学报 2016年第12期65卷 120-125页

作者：龚宁朱开成夏辉中南大学物理与电子学院长沙410083

基于gyrator变换,推导了四瓣高斯光束场分布的解析表达式,研究了四瓣高斯光束通过gyrator变换后的光强分布和相位分布.结果表明:在gyrator变换过程中,四瓣高斯光束能够转换为具有光涡旋的矩形空心光束,在获得矩形空心光束时其四顶角处... 详细信息

基于gyrator变换,推导了四瓣高斯光束场分布的解析表达式,研究了四瓣高斯光束通过gyrator变换后的光强分布和相位分布.结果表明:在gyrator变换过程中,四瓣高斯光束能够转换为具有光涡旋的矩形空心光束,在获得矩形空心光束时其四顶角处光束强度最强,而四条边上的光束强度分布几乎是均匀的.对影响矩形空心光束强度和相位分布的光束参数和变换角进行了详细的分析,发现光束阶数不同,产生不同类型的空心光束;gyrator变换的变换角则影响空心光束能量分布;空心光束亮环的大小由四瓣高斯光束的束腰宽度决定,束腰宽度越大,矩形空心光束的宽度越小.

关键词：四瓣高斯光束 gyrator变换矩形空心光束

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

采用gyrator变换的泰伯效应及图像去噪

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红外与激光工程 2014年第2期43卷 665-670页

作者：马媛花胡炳樑李然孙朗孙念王峥杰中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049

根据gyrator变换原理,首先研究了gyrator变换的自成像效应,即泰伯效应,讨论了实现gyrator变换泰伯效应的条件,并指出了gyrator变换的泰伯效应与传统意义上的泰伯效应不同,泰伯角度不是固定的,不同泰伯角度之间的分布也不是线性的,Gyrato... 详细信息

根据gyrator变换原理,首先研究了gyrator变换的自成像效应,即泰伯效应,讨论了实现gyrator变换泰伯效应的条件,并指出了gyrator变换的泰伯效应与传统意义上的泰伯效应不同,泰伯角度不是固定的,不同泰伯角度之间的分布也不是线性的,gyrator变换的分数泰伯效应无法通过分数化泰伯角度得到。其次,应用gyrator变换对图像减噪也进行了讨论,研究发现gyrator变换不仅对双曲型噪声有较好的去除效果,而且对携带有双曲信号的噪声同样具有较好的去除效果。最后,还指出了研究的不足以及后续要开展的工作。不但深化了人们对gyrator变换的认识,而且发展了图像的自成像和去噪等技术。

关键词：图像处理 gyrator变换泰伯效应去噪

gyrator变换定义的多样性及数学物理性质

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Gyrator变换定义的多样性及数学物理性质

作者：马金鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

傅里叶变换在科学研究与工程技术中都是一个十分重要的工具,是光学信息处理的基础。分数傅里叶变换作为经典傅里叶变换的推广,已经为光学信息处理带来了极大的方便,而且将傅里叶光学推进到了一个崭新的领域。基于分数傅里叶变换的扩展... 详细信息

傅里叶变换在科学研究与工程技术中都是一个十分重要的工具,是光学信息处理的基础。分数傅里叶变换作为经典傅里叶变换的推广,已经为光学信息处理带来了极大的方便,而且将傅里叶光学推进到了一个崭新的领域。基于分数傅里叶变换的扩展变换是信息光学中一个新兴的重要研究课题,这些变换成为光学信息处理和数字信号分析中全新的工具。gyrator变换作为一种特殊的分数阶变换,已经在信息光学领域中显示出了重要的应用价值。本论文基于gyrator变换的积分定义式与数学性质,结合线性正则变换与分数傅里叶变换的相关概念,做了一些基础理论上的研究工作。具体内容概括如下:提出了gyrator变换的不同定义形式。首先基于Wigner分布函数定义了gyrator变换,并解释了gyrator变换的物理意义,定义gyrator变换为相空间中在特殊方向任意角度的旋转。其次基于分数傅里叶变换定义了gyrator变换,gyrator变换相当于空域和分数频谱域坐标同时旋转π4的分数傅里叶变换。推导了gyrator变换在极坐标中的解析表达形式。最后分析了gyrator变换与傅里叶变换的关系,gyrator变换相当于在空域和频域同时受双曲面位相调制的傅里叶变换。提出了两种gyrator变换的快速算法。首先直接使gyrator变换离散化,得到gyrator变换的离散形式,利用一次快速傅里叶变换计算gyrator变换。其次,推导了一般线性正则变换的卷积表达形式,根据傅里叶变换的卷积定理,由快速傅里叶变换实现卷积计算。gyrator变换作为线性正则变换的特殊形式,代入相应的参数,可以直接得到gyrator变换的快速计算算法。将菲涅耳衍射的Talbot效应扩展到线性正则变换域,提出周期结构图像经过线性正则变换变换后会出现自成像现象。菲涅耳衍射与分数傅里叶变换的Talbot效应是其中的特例。由此,直接得到gyrator变换的Talbot自成像现象。提出广义gyrator变换的定义,根据gyrator变换相当于空域和分数频谱域坐标同时旋转π4的分数傅里叶变换的定义,将旋转角度推广到任意角度,得到广义gyrator变换。广义gyrator变换提供了第二个分数阶,是分数傅里叶变换到gyrator变换的二次分数化过程。根据gyrator变换与分数傅里叶变换的不可交换性,提出了一种双图像加密算法,并提出了双图像分存解密的加密形式。将两幅图像分别在分数傅里叶域与gyrator变换域编码为白噪声图像,再分别经过图像加减运算,使两幅图像耦合,得到两幅加密图像。原始图像信息被分存到加密图像信息中,仅得到其中一幅图像,不能解密。

关键词：线性正则变换 gyrator变换分数傅里叶变换广义gyrator变换 Talbot效应双图像加密