计算鬼成像在光学加密中的应用研究

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3、Ｖ’；／，；冲Ｖ１ｒ／姑心Ｊ＃；ｕ幾沪．ApplicationresearchofComputationalGhostImaginginOpticalEncryptionThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByXuXiaoheSupervisor:Prof.ZhaoShengmeiMarch2016摘要鬼成像，又称为

4、关联成像，是利用量子纠缠特性或光场的强度关联特性获取物体信息的一种新的成像方法。随着结构简化的计算鬼成像方案的出现，鬼成像具有了更加广泛的应用。鬼成像与光学加密相结合，既可以利用鬼成像的非定域特性对信息进行加密，又可以实现多维度隐藏信息，具有重要意义。论文主要研究了计算鬼成像在光学加密中的应用。首先，论文在对基于计算鬼成像的光学加密以及Toeplitz矩阵的研究基础上，考虑到Toeplitz矩阵的几何特性，提出了一种基于Toeplitz矩阵计算鬼成像的光学加密方案。方案中，Alice首先生成和物体像素点个数相同的N=m

5、n个随机相位并将其作为密钥分享给Bob，Alice根据Toeplitz矩阵循环位移特性得到M组相位，然后将每组相位转化为一个相位掩膜，并利用鬼成像系统对图像进行加密，将测得的M个桶探测器值作为密文发送给Bob。Bob首先利用N个随机相位，以和Alice相同的方法得到M个相位掩膜，然后根据这些相位掩膜以及与之对应的桶探测器值，通过压缩感知重构方法获得物体的像。为了进一步提高加密系统的安全性，将鬼成像系统中SLM与加密物体之间的轴向距离作为另一密钥引进到该加密方案中，给出了基于Toeplitz矩阵和轴向距离计算鬼成像的光

6、学加密方案。仿真和实验结果都证明该方案在窃听比为0.9的情况下不能解密物体信息，极大的提高了系统的安全性能。随后，论文在波长复用鬼成像的基础上，提出了一种基于波长复用鬼成像的光学加密方案。方案中同时利用三种不同波长的光对物体进行鬼成像加密，并将波长与桶探测器的值的对应关系作为密钥。该方案大大缩短了利用鬼成像加密的时间，提高了加密系统的效率。最后，论文基于矩阵分解理论，推导获得正交散斑鬼成像方法，在此基础上，提出了基于正交散斑鬼成像的光学加密方案。数值仿真表明，当采样率为0.0061时，该方案仍然能完成加密过程，而且在窃

7、听比大于0.6时才能解密出图像。关键词:计算鬼成像，Toeplitz矩阵，光学加密，正交散斑，波长复用，安全性，余弦基IAbstractGhostImaging(GI),alsoknownascorrelatedimaging,isanewimagingmethodtoobtainobjectinformationbasedonthequantumentanglementoropticalintensitycorrelation.Withtheadventofcomputationalghostimaging(CGI)

8、withsimplifiedconfiguration,GIhasextensiveusage.TheapplicationofGIinopticalencryptioncannotonlyrealizemulti-dimensionalinformationhiding,butalsoutilizethenon-locality