基于数字全息的光学图像加密技术的研究

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1、西北工业大学硕士学位论文基于数字全息的光学图像加密技术的研究*摘要随着互联网技术的迅速发展和对大量图像信息传输需求的日益增加，图像加密技术已变得越来越重要。由于光学信息处理系统的高度并行性和超快处理速度，使得很多光学加密系统被提出并且运用于信息安全领域。本文通过对傅里叶变换、分数傅里叶变换和像素置乱技术的分析与讨论，提出了基于像素置乱技术的傅里叶变换加密法和分数傅里叶变换加密法，并且对这些加密法进行了理论分析和数值计算。本文主要内容如下:(1)从理论和仿真计算的角度论证了基于傅里叶变换的加密法的可行性和可靠性。从仿真计算得到用部分加密图像解密也能够得到原始图像，同时还给出了解密图像的能

2、量、噪声及其信噪比随着待解密的加密图像像素的变化曲线。由于引入了像素置乱操作，故该加密法的保密性得到提高。(2)由于分数傅里叶变换的空一频联合表象特性，本文提出了基于分数傅里叶变换的光学图像加密法，同时还提出了彩色图像加密法。仿真结果证实了这两种加密法，并且给出解密图像的相对误差与不同分数傅里叶变换级次偏离量4p的关系，与傅里叶变换加密法相比，这两种加密法的保密性能被大大提高。(3)具体地分析和讨论了线性正则变换、空间光调制器和置乱变换对维格纳分布函数的影响，从而导出了能够自动、有效地计算加密/解密过程中任意平面上信号的位置、空域宽度、频域宽度和空间带宽积的矩阵方法。通过该方法可以确定

3、合适的加密系统和光学器件，例如输入信号的空间带宽积、变换透镜的最小孔径、空间光调制器的分辨率和像素大小、CCD的分辨率和像素大小以及入射到空间光调制器和CCD靶面上光场所需的放大倍数。关键词:光学图像加密，分数傅里叶变换，光学像素置乱器，维格纳分布函数，空间带宽积F西北工业大学研究生创业种子塞金资助(z20040064)西北工业大学硕士学位论文Investigationofopticalimageencryptiontechniquesbasedondigitalholography*AbstractWiththedevelopmentofInternetandtheincreaseo

4、ftherequirementforimagetransmission,informationsecurityanddataencryptionarebecomingmoreandmoreimportant.Manyopticalsystemshavebeenproposedandusedindatasecurityfieldforthedistinctadvantagesofprocessingcomplextwo-dimensionaldatainparallelandtransmitingatgreatspeed.Byanalyzinganddiscussingthetechni

5、quesofFouriertransform,fractionalFouriertransformandpixelscrambling,methodsofFouriertransformencryptionaswellasfractionalFouriertransformencryptionhavebeenproposedandnumericallysimulated.Theprincipleworkisasfollows:(1)TheflexibilityandreliabilityofopticalimageencryptionmethodsbasedonFouriertrans

6、formaretheoreticallyandsimulativelyproved.Itisshownformnumericalsimulationthattheoriginalimagecanbereconstructedonlywhenpartoftheencryptedimageisused.Therelationshipcurvesbetweenpixelsnumberofthedecryptingimageandtheenergy,noiseaswellasSNRofthedecodedimagearegiven.Byintroducingpixelscrambling,th

7、esecuritystrengthofproposedmethodisgreatlyimproved.(2)Basedonthespace-frequencyjointrepresentationfeaturesoffractionalFouriertransform,anovelopticalimageencryptionmethodandanimprovedcolorimageencryptionmethodarebothproposed.