采用虚拟光学技术的信息隐藏研究

摘要

随着信息时代的到来,网络技术己经广泛渗透到各个领域。它在向人们提供前所未有的便利通信的同时,也对信息的安全存储和传输提出了更高的要求。信息隐藏技术作为传统的加密技术的一种补充手段,在公开信息中隐藏秘密信息,从而隐藏了秘密信息的存在性,在信息安全领域具有其独特的优势和广阔的应用前景。光学信息处理技术具有多维度、大容量、高鲁棒性以及固有的并行处理等诸多优势,近年来被广泛应用于信息安全领域。本文依托国家自然科学基金项目“基于光学技术的图像隐藏及分析关键技术研究”,以数字方式模拟光学处理过程(即虚拟光学),研究了基于虚拟光学技术的信息隐藏。着重研究了基于双随机相位编码(DRPE)技术,在公开图像中隐藏秘密文本和秘密图像的方法,并实现了相应的软件系统。论文主要工作包括:
　　(1)介绍了信息隐藏的基本原理及其相关技术,着重介绍了基于光学信息处理的信息隐藏技术,特别是DRPE技术在信息隐藏中的应用。
　　(2)提出了一种基于双随机相位编码技术,在公开图像中隐藏秘密文本信息的算法。在隐藏秘密图像时,由于人类视觉的冗余性,对于隐藏的秘密图像不要求精确恢复。与此不同,对于隐藏的秘密文本,必须能够精确恢复。为此,本文提出将秘密文本信息转换为一个二维矩阵,在该矩阵各元素值的高位保存秘密文本信息位。然后对于该二维矩阵进行DRPE编码后隐藏到公开图像中。通过理论分析和实验验证,详细讨论了文本转换方式、隐藏参数等与秘密文本隐藏量、秘密文本的恢复正确率、隐密图像质量之间的关系,论述了算法的合理性和有效性。
　　(3)将传统的基于图像最低有效位(LSB)的信息隐藏技术与光学信息隐藏技术相结合,提出了基于一种新的秘密图像隐藏算法。它将秘密图像转换为另一个二维矩阵,并在矩阵元素值的高位保存秘密图像的高位。在采用DRPE编码并隐藏到公开图像之后,再在图像的每个像素值的LSB位隐藏秘密图像的中位值。与已有的基于DRPE技术的秘密图像隐藏算法相比,可有效提高隐藏图像的恢复质量。
　　(4)设计并实现了基于双随机相位编码技术的秘密文本加密和隐藏算法软件,展示了实现效果。本文研究成果改进了基于双随机相位编码的信息隐藏技术,可推动同类技术的研究进展。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 论文的组织结构

2 双随机相位编码与光学图像加密和隐藏

2.1 基于双随机相位编码的光学图像加密技术

2.2 基于双随机相位编码的图像隐藏算法

2.2.1 基于双随机相位编码的信息隐藏

2.2.2 图像失真对双相位编码信息隐藏系统的影响

2.3 具有更高隐藏容量和安全性的基于 DRPE 的图像隐藏算法

2.4 本章小结

3 基于双随机相位编码技术的文本加密和隐藏

3.1 基于 DRPE 的文本隐藏要求

3.2 基于 DRPE 的秘密文本隐藏过程

3.3 基于 DRPE 的秘密文本提取过程

3.4 算法性能分析

3.5 仿真实验及结果

3.6 本章小结

4 结合双随机相位编码技术和 LSB 替换的图像隐藏

4.1 基于双随机相位编码的图像隐藏算法性能分析

4.2 结合 DRPE 和 LSB 的图像隐藏

4.3 结合 DRPE 和 LSB 的图像提取

4.4 性能分析

4.5 仿真实验及结果

4.5.1 恢复的秘密图像的质量

4.5.2 隐密图像的质量

4.6 本章小结

5 基于双随机相位编码的秘密文本隐藏软件的设计与实现

5.1 需求分析

5.1.1 功能性需求

5.1.2 非功能性需求

5.2 软件设计

5.2.1 系统时序图

5.2.2 系统类图

5.3 软件实现

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目