疊層干涉成像術在光學信息安全中的套用研究

《疊層干涉成像術在光學信息安全中的套用研究》是依託中國科學院大學，由史禕詩擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：疊層干涉成像術在光學信息安全中的套用研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：史禕詩
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

本項目提出了疊層干涉成像術並與光學信息安全有機融合。該成像原理將融合傳統疊層成像術的系統結構簡單、全息干涉術的重構保真度高這兩種典型優勢，因而基於該原理的光學信息安全套用可望達到系統複雜性與解密質量上的良好平衡，以克服目前嚴重製約該領域發展的套用性瓶頸問題。本項目將開展疊層干涉成像術的相關理論與技術：圍繞普通照明和異化照明的疊層干涉成像術及其加密套用，研究各種重構算法對解密質量的影響、系統對抗密碼分析學攻擊的性能、系統的魯棒性與安全性等。同時探索基於該系統的位相密鑰選通策略和分布構型、三維信息加密等多樣化的套用研究。

結題摘要

首先，本項目提出了將疊層掃描操作引入數字全息術用以擴大視場（即疊層干涉成像術），並在此基礎上提出了相應的光學圖像加密技術。加密時，以疊層掃描的方式移動秘密圖像同時將其相移干涉圖記錄為一系列密文；解密時，使用疊層疊代與全息處理相融合的重建算法恢復出明文。數值實驗驗證了該系統具有安全性高和視場大等優勢。該技術在三維信息加密與圖像隱藏方面也存在較好的潛力。其次，本項目提出了基於旋轉相位編碼與照明光束匹配的疊層衍射成像算法。該算法採用分塊均勻分布的旋轉相位調製器對衍射光進行調製，在探測面獲得了相應的衍射圖樣。這種照明光束與相位匹配的方式有效地增加了解的約束條件，具有收斂速度快、抗噪聲及抗位置偏差能力強等優點。與隨機相位調製相比，該算法所引入的旋轉相位調製器構造簡單、使用便捷，因而在實時顯微成像、超分辨成像等領域將具有一定的實用價值。再次，我們開展了可見光域疊層衍射成像的相關實驗。運用模擬實驗和光學實驗研究了疊層衍射成像中波長數量和噪聲對復原結果的影響。模擬結果表明在多波長疊層衍射成像中，復原質量隨波長數量的增加而不斷提高並最終達到一定極限；光學實驗以不同樣品進行實驗驗證，進一步研究了增加波長與隨之引入噪聲及系統複雜度間的制約關係。研究發現，並非波長越多成像效果越好，而可能存在一個最優的成像條件（利用本課題組所搭建的實驗裝置，在雙波長照明條件下取得了相對最優的成像效果）。該結論對提高疊層衍射成像的質量具有較好的現實意義。同時，我們還提出了在已知明文攻擊策略下對抗相移干涉光學加密系統的解析攻擊方法。攻擊者可利用該方法得到準確的解密密鑰和完美的攻擊結果。這一工作首次證實了基於相移干涉的光學加密系統對於已知明文攻擊攻擊的脆弱性。