基于光学信息处理技术的图像加密算法研究

摘要

随着网络的普及和通讯技术的不断发展，数据信息被窃取、非法复制和传播的频率越来越高。图像作为信息的主要载体，其面临的安全问题也变得日益严重。近年来，由于光学信息处理技术多维性、高并行性和以不同的参数形式如波长，偏振态，焦距和透镜间距等来体现的多自由度优势，越来越多的图像安全研究学者逐渐被其所吸引。因此，本文研究了几种基于光学信息处理技术的图像加密算法，主要研究工作可概括如下：
　　一、提出基于级联离散分数随机变换的非对称双图像加密方案。通过对明文图像进行组合、置乱和分解，将得到的第一个分量分解为两个相位模板作为加密密钥使用，对另一个分量使用级联的离散分数随机变换进行加密。使用相位截断技术提取变换结果的相位函数作为解密密钥。加密之后的密文图像是实值函数，便于存储和传输。仿真实验表明该方案对噪声攻击、闭塞攻击、统计分析攻击以及选择明文攻击等具有较强的抵抗能力。
　　二、提出新的离散多参数分数角度变换，并将该变换应用于双图像加密方案中。该方案避免随机相位模板作为密钥使用，密钥的存储、传输等容易实现。由于离散多参数分数角度变换的分数阶、矢量参数等具有高敏感性，将其作为密钥使用能够进一步提高方案的安全性。同时，利用离散多参数分数角度变换具有线性可加性的特点，在夏米尔三通道协议的框架下提出双图像共享机制，仿真结果验证了该共享机制的可行性和有效性。该共享机制能够抵制噪声攻击、闭塞攻击以及统计分析攻击等，而且对中间人攻击和类型攻击具有鲁棒性。
　　三、在分数傅里叶变换域（FrFT）中对基于传统集成成像技术的图像加密方案进行改进。改进后的方案使用计算集成成像技术（CII）获得明文的元素图像阵列（EIA），使用Logistic映射函数产生的随机序列对其置乱后，与随机相位模板进行调制。调制得到的复函数图像使用FrFT进行变换得到最后的密文图像。仿真实验结果证明该加密方案的可行性和有效性。同时，由于EIA具有的数据冗余特性，使改进的方案对噪声攻击、闭塞攻击等具有很强的鲁棒性。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 图像加密研究及发展现状

1.3 本论文主要工作

2 图像加密中的关键技术

2.1 混沌系统

2.2 光学信息处理技术

2.3 图像分解为相位模板

2.4 夏米尔三通道协议

2.5 本章小结

3基于级联离散分数随机变换和Logistic映射的非对称双图像加密算法

3.1算法原理

3.2 数值仿真和安全性分析

3.3 本章小结

4 基于离散多参数分数角度变换的双图像加密方案

4.1 基于DMPFAT和双耦合Logistic映射的双图像加密方案

4.2 DMPFAT域基于夏米尔三通道协议和2D SLMM的双图像共享机制

4.3 本章总结

5 基于计算集成成像技术和FrFT的图像加密方案

5.1 集成成像

5.2 计算集成成像采集原理

5.3 计算重构原理

5.4 算法原理

5.5 数字仿真和安全性分析

5.6 本章小结

6总结和展望

6.1工作总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录