基於光學掃描全息的多圖像加密原理及方法研究

《基於光學掃描全息的多圖像加密原理及方法研究》是依託四川大學，由周昕擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於光學掃描全息的多圖像加密原理及方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周昕
• 依託單位：四川大學

項目摘要

在電子商務、軍事偵察等套用中，往往需要實現對多圖像的信息加密，它已成為信息安全領域的研究熱點。隨著獲取信息量的增大，迫切需要新的、安全高效的加密方法替代傳統的計算機加密算法。光學加密方法具有多維度、並行性等諸多優點，是現代密碼技術發展的一個重要方向。但許多現有光學加密方案存在著系統結構較複雜、工作條件較苛刻、器件成本較高等問題，制約著光學加密技術在實際中的進一步套用。本項目提出一種新型光電混合型多圖像加密系統，它以光學掃描全息技術為基礎，結合相位編碼的光學加密原理，在雙瞳光學系統中實現對較大空間範圍內、沿縱向位置排列的多幅圖像進行加密，並將加密結果直接存貯在計算機中；通過合理設計解碼函式，減少數字圖像重建時的串擾影響，提高加密容量；建立原理性實驗裝置，在級聯和並聯工作模式下，驗證各項理論分析及數值模擬結果，為今後多圖像光學加密技術的實用性研究提供理論和技術積累。

結題摘要

在以圖像為代表的海量信息處理方面，雖然普遍接受的觀點認為，光學加密技術在多維度、並行性等方面相比於傳統的電子計算機加密技術具有優勢，但是工作條件嚴苛、缺乏靈活性等劣勢也阻礙著光學加密技術真正走向實用化。在現階段，比較切實可行的做法應當是結合光學技術和電子及計算機技術，開發出光電混合型加密系統，以便發揮各自優勢。光學掃描全息技術（OSH）是一項極具特點的三維物體層析信息獲取技術，能夠完成多層截面信息整體記錄及單層恢復重建過程，因而具有用來開發成多圖像加密系統的潛力。本項目以光學掃描全息技術為基礎，結合隨機相位編碼的光學加密原理，實現了多圖像光學加密復振幅信號的數字形式整體記錄，以及在給定條件下對其中任意單幅圖像的數字解密恢復，為進一步開發具有實用價值的光電混合型加密系統做出了有益的嘗試。 本項目從理論和實驗兩方面，對以雙隨機相位編碼及光學掃描全息（DRPE-OSH）為基礎的光學加密系統進行了較系統深入的研究，主要工作包括（1）闡述DRPE-OSH加密系統的密碼學原理，分析其光學圖像加密的仿射密碼屬性；從圖像加密密文的統計特性、抗噪聲攻擊能力等方面討論安全性問題；探討多圖像加密的加密容量與抑制串擾噪聲問題，以及密文密鑰量減少及信息傳送抗噪能力增強等問題；（2）建立了一套DRPE-OSH多圖像加密實驗平台，開展了多幅光學圖像加解密原理性實驗；解決隨機密鑰函式的載入、光場復振幅信號記錄穩定性、微弱信號的數字處理及提取、串擾噪聲抑制與濾除方法及軟硬體實現等問題。 結果表明，在光學掃描全息系統的基礎上，以具有隨機相位分布的光瞳函式、光學圖片空間位置等參數作為密鑰，可以很好地實現多幅光學圖像的加密效果，加密密文具有較高的安全性；在數字處理環節採用正交編碼處理、數據容器矯正等方式，可以使解密圖像上所疊加的串擾噪聲被有效抑制，從而提高加密容量，得到質量較好的重建圖像。本項目為這種新型光電加密方案的實用化研究，打下了較好的理論和技術基礎。