光电图像加密系统研究

论文摘要

光学技术在数据安全系统中的应用因为涉及国家安全、金融等各种安全和保密领域,其研究成果可以直接应用到防伪和加密技术当中,因而越来越受到人们的重视,特别是这一研究领域中的光学图像加密技术,在双随机相位编码技术的发明后,这一技术得到不断的发展和完善。为了对这一不断发展的技术进行深入的研究,本文在以双随机相位编码为基础的光学图像加密系统的研究中做了一些工作。本文首先概述了在数据安全系统中光学技术的应用,讨论了实现安全认证的两种光学方法,回顾了双随机相位编码的光学图像加密技术在国内外的研究进展。其次,本文对傅里叶变换域的双随机相位编码技术的基本理论进行了计算机的仿真研究,讨论了两种典型的光学图像加密技术,并对本论文工作中用到的液晶空间光调制器的偏振编码原理和相位调制条件做了详细的讨论。第三,本论文对近年来在光学图像加密技术中采用的分数傅里叶变换的理论做了详细的介绍,讨论了二维分数傅里叶变换与菲涅耳衍射的关系及分数傅里叶变换的光学实现,研究了以FFT算法为基础的快速分数傅里叶变换算法,并开发出了计算机程序,给出了计算结果。在此基础上,本文对分数傅里叶域的双随机相位编码进行了数字仿真,并在仿真结果的基础上分析了分数傅里叶域的双随机相位编码的性能。第四,本文在上述详细讨论的基础上,依据变形分数傅立叶变换的光学实现的理论,提出了一种新的基于变形分数傅立叶变换的光学图像加密方法,这种方法的一个显著特点是在解密时采用了便于光学实现的非负阶次的分数傅立叶变换。本文给出了这种方法的光学实现光路。通过数字仿真,证明了本文所提出的方法能够使加密密钥的数量比用相同级次的常规分数傅立叶变换的光学系统要多,在盲解密时分数阶作为加密密钥的鲁棒性好,而且该方法可以具有灵活多变的加

论文目录

• 光电图像加密系统研究
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 安全信息系统的光学技术概述
• 1.1.1 数据安全业的发展概况
• 1.1.2 采用光学技术的优点
• 1.2 采用光学技术实现的数据安全系统
• 1.2.1 采用光学技术实现的安全认证系统
• 1.2.1.1 Vander Lugt相关器
• 1.2.1.2 联合变换相关器
• 1.2.2 光学加密系统
• 1.3 采用双随机相位编码的光学图像加密技术的研究进展
• 1.4 本论文的研究工作
• 第二章 傅立叶变换域的光学图像加密方法
• 2.1 双随机相位编码的基本思想
• 2.1.1 双随机相位编码的数学描述
• 2.1.2 双随机相位编码图像的全息记录
• 2.2 双随机相位编码的光学图象加密方法的计算机仿真
• 2.3 在傅立叶变换域的两种典型的光学图像加密方法
• 2.3.1 基于偏振编码的光学图象加密
• 2.3.1.1 液晶空间光调制器实现偏振编码的物理机制
• 2.3.1.2 光学偏振编码的异或运算的实现
• 2.3.2 纯相位光学加密系统
• 2.3.2.1 相位图象的空间光调制器的实现
• 2.3.2.2 一种纯相位光学图像加密的原理
• 第三章 分数傅里叶变换域的光学图像加密方法
• 3.1 分数傅里叶变换及其光学实现
• 3.1.1 分数傅里叶变换的数学形式及其性质
• 3.1.1.1 分数傅里叶变换的定义
• 3.1.1.2 分数傅里叶变换的基本性质
• 3.1.2 菲涅耳衍射与分数傅立叶变换的关系
• 3.1.2.1 二维分数傅里叶变换的定义
• 3.1.2.2 自由空间的菲涅耳衍射
• 3.1.3 分数傅立叶变换的光学实现
• 3.1.3.1 Lohmann I型（单透镜系统）
• 3.1.3.2 Lohmann II型（双透镜系统）
• 3.1.3.3 基本光学单元组合的条件
• 3.2 快速分数傅立叶变换算法
• 3.2.1 一维的快速分数傅立叶变换算法
• 3.2.2 二维的快速分数傅里叶变换算法
• 3.2.3 快速分数傅里叶变换的计算实例
• 3.3 采用分数傅立叶变换的光学图像加密方法
• 3.3.1 分数傅立叶变换光学图像加密方法的基本原理
• 3.3.2 分数傅立叶变换光学图像加密的数字仿真
• 3.3.3 分数傅立叶变换光学图像加密方法的性能分析
• 第四章 基于变形分数傅立叶变换的光学图像加密方法
• 4.1 变形分数傅立叶变换的数学定义
• 4.2 变形分数傅立叶变换的光学实现方法
• 4.3 变形分数傅立叶变换的光学图像加密光路的设计
• 4.4 数字仿真
• 4.6 性能分析
• 第五章 光电图像加密实验系统
• 5.1 实验系统的组成
• 5.1.1 实验系统的光路
• 5.1.2 实验系统主要器件的选择
• 5.2 已经完成的实验
• 5.2.1 联合变换相关识别实验
• 5.2.2 计算傅里叶变换全息实验
• 5.2.3 光学全息数字再现实验
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本论文的结论
• 6.2 展望——后面的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的科研论文