一种可实现彩色图像到灰度图像转换的光学加密系统

摘要

近年来，随着全球网络化的快速发展，信息系统在人们生活和工作中发挥着越来越大的作用，但是随之而来的就是网络与信息安全的问题，当人们的信息被非法复制和传播时，人们会遭受巨大的损失，因此信息安全系统的研究得到了人们广泛的重视。相比于传统的电子图像处理技术，光学图像处理具有诸多优势，而今已经成为国际社会最热门的研究领域之一。本文以菲涅尔变换、相位恢复算法为基础，提出一种新的图像转换加密系统，并对其的安全性展开讨论，进一步完善光学图像加密系统的体系。
　　本研究介绍了光学图像加密的理论基础，主要介绍了以菲涅尔衍射为主光的衍射理论，傅里叶变换的定义、实现方法和相关性质，相位恢复算法的基本原理等。介绍了若干典型的光学图像加密技术，包括双随机相位编码技术、基于相位恢复的编码系统以及基于彩色图像三基色原理的加密系统等，这些技术既可以用光学方法实现又能通过计算的方法实现，给今后人们的研究带来了许多便捷。在基于4f系统的相位恢复算法的基础上，我们提出了一种改进的基于相位恢复算法的加密系统。该加密系统是基于菲涅尔衍射及相位恢复算法的光学图像加密新系统，可以实现不同图像之间转换的现象。将密文和循环产生的第一块伪随机相位板放在输入平面，变换平面则放置第二块随机相位板，利用菲涅尔衍射原理，就可以在输出面得到解密图像的明文信息。在基于菲涅尔域的相位恢复算法的基础上，提出一种光学彩色图像加密新系统，该加密系统是以彩色图像三基色原理、菲涅尔衍射及相位迭代算法为基础。与以往加密系统不同之处在于，该系统的密文是一幅彩色图像，而明文是一幅灰度图像，达到一幅彩色图像到另外一幅灰度图像转换的效果。解密时要想利用彩色图像恢复灰度图像必须要在彩色图像的子通道中放置一定的相位板，并利用菲涅耳衍射及非相干叠加原理在输出面得到灰度明文图像。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和现状

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究状况和发展概述

1.4 本论文的基本结构和主要内容

2 光学图像加密技术的理论基础

2.1 标量衍射理论

2.2 光学傅里叶变换

2.3相位恢复算法

2.4三基色原理

2.5 本章小结

3 典型的光学图像加密系统

3.1 基于4f系统的双随机相位编码技术

3.2 基于菲涅尔变换的双随机相位编码

3.3 基于分数傅里叶变换的双随机相位加密系统

3.4基于相位截断傅里叶变换的非对称加密系统

3.5彩色图像三基色原理的加密系统

3.6基于相位恢复算法的光学加密系统

3.7 总结

4 基于衍射的图像变换光学加密系统

4.1基于菲涅尔变换的相位恢复算法

4.2基于菲涅尔衍射的光学图像转换加密系统

4.3 数值模拟讨论

4.4 本章小结

5 基于菲涅尔衍射与相位恢复算法的彩色图像转换

5.1 基于菲涅尔衍射与相位恢复算法的彩色图像加密技术

5.2 数值模拟讨论

5.3 该加密系统的安全性研究

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目