光学图像处理技术在彩色图像加密中的应用

摘要

本文研究了基于光学图像处理技术的彩色图像加密。利用三色光栅技术对原始彩色图像进行编码，将其编码为一幅灰度图像，此灰度图像可以作为待加密图像，采用分数傅立叶变换随机相位编码技术将其加密为稳定的白噪声，因此完成了彩色图像的加密。主要研究内容包括：
　　 ⑴讨论了三色光栅的编码原理及应用，利用三色光栅将原始彩色图像编码为一幅灰度图像；解码时，在傅立叶频谱面上放置空间滤波器，将三原色红光、绿光和蓝光的一级频谱滤出，再经过傅立叶逆变换得到恢复的彩色图像。编码和解码操作均可以在白光光学系统中进行。
　　 ⑵采用分数傅立叶变换随机相位加密技术对编码得到的灰度图像进行加密，将包含彩色信息的编码灰度图像加密为复振幅稳定的白噪声。由于分数傅立叶变换随机相位加密技术安全性很高，使用错误的密钥不会解密出原始图像，由此保证了彩色图像加密的安全性。
　　 ⑶利用MATLAB对多幅彩色图像的编码、加密、解密和解码的光学过程进行了计算机模拟实验，并采用融合零级频谱的方法提高了解码彩色图像的质量。最后对解码彩色图像进行图像质量综合分析，分析结果表明解码彩色图像基本恢复了原彩色图像的形状和色彩信息。
　　 ⑷提出的基于光学图像处理技术的彩色图像加密方法可以采用全光学系统来实现。本方法只需一套光学元件，一个相干光源，系统简便，成本较低，实用性较强。所采用的分数傅立叶变换随机相位编码，在随机掩模的基础上，将分数阶作为额外的密钥，增加了加密的重数，由原来的两个变为四个，进一步提高了系统的安全性。