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联合变换相关器光学多图像并行加密系统稳健性分析与优化
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2021-02-06
20:39:02
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光学加密系统的稳健性直接决定其密文在存储和传输过程中的抗干扰能力, 并且通常从密文抗裁剪和抗噪声干扰两方面来衡量。针对联合变换相关器光学并行加密系统的多图并行加密和任意图像再现的功能特点, 仿真并分析其稳健性。结果表明, 当密文面积受到50%裁剪时, 各通道图像解密效果明显降低, 部分解密图像与原始图像的相关系数(CC)低至0.2左右。分析其原因并对联合功率谱分布进行优化。仿真结果表明, 加密系统不仅稳健性得到显著提升(当密文面积受到60%裁剪时, 各通道CC值均大于0.49), 且能保持优化前加密系统在抗噪声干扰方面的优势。最后, 搭建光学实验系统, 验证了该加密系统稳健性提升方法的有效性。
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第
卷
第
期
光
学
学
报
年
月
联合变换相关器光学多图像并行加密系统
稳健性分析与优化
刘
杰
,
,
白 廷 柱
,
沈 学 举
,
窦 帅 风
,
林
超
,
陈
琪
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室
北京
军械工程学院电子与光学工程系
河北 石家庄
海军航空工程学院控制工程系
山东 烟台
摘要
光学加密系统的稳健性直接决定其密文在存储和传输过程中的抗干扰能力
并且 通常 从密文 抗裁 剪和抗 噪
声干扰两方面来衡量
针对联合变换相关器光学并行加密系统的多图并行加密和 任意 图像再 现的 功能特 点
仿真
并分析其稳健性
结果表明
当密文面积受到
裁剪时
各通道图像解密效果明显降低
部分解密图像与原 始图
像的相关系数
低至
左右
分析其原因并对联合功率谱分布进行优化
仿真结 果表 明
加密 系统 不仅稳 健
性得到显著提升
当密文面积受到
裁剪时
各通道
值 均大 于
且 能保 持优 化 前加 密系 统 在抗 噪声 干
扰方面的优势
最后
搭建光学实验系统
验证了该加密系统稳健性提升方法的有效性
关键词
图像处理
光学加密
稳健性
联合功率谱优化
多图像
联合变换相关器
中图分类号
文献标识码
doi
收稿日期
收到修改稿日期
基金项目
河北省自然科学基金
作者简介
刘
杰
男
博士研究生
讲师
主要从事光信息处理以及红外技术方面的研究
导师简介
白廷柱
男
博士
教授
博士生导师
主要从事光电成像技术和红外仿真等方面的研究
通信联系人
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ineerin
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Yantai
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China
Abstract
光
学
学
报
Ke
y
words
OCIScodes
引
言
自
等
提出双随机相位编码光学图像加密方法以来
许多新的加密方法和改进方法相继被提
出
例如基于菲涅耳变换的双随机相位编码方法
基于相移数字全息的随机相位编码方法
基于压缩感
知的光学加密方法
量子图像加密
基于联合 变 换相关器
的光学加 密 方法等
其中
基于
的光学加密方法由于其加密系统结构简单
不需要制作复共扼密钥
密钥模板不需要精 确对准
加密图像即
联合功率谱
便于记录和传输等
已成为一种具有实用性的光学加密方法
光学多图像加密具有高存储效率的特点
在提高信息传输效率和多用户认证等方面具有重要应用前景
因此
一些新的多图像加密方法不断被提出
主要利用波长复用
相位模板旋转复用
偏振复用
多孔径复用
离散余弦和非线性分数梅林变换
等进行多图像加密
为简化加密系 统结构
减少复用过
程中元器件的机械运动
前期设计了一种
光学多图像并行加密系统
利用相位调制技术单步 完成了
多图像并行加密
并在解密阶段借助不同密钥组合实现了任意加密图像的再现
光学加密系统的稳健性分析是评估该系统抗 干扰能力的 重要环节
为全面评估
光学多图像
并行加密系统的抗干扰性能
本文从系统加
解密原理出发
仿真并分析其密文抗裁剪 和抗噪声干 扰两方面
的性能
查找出影响系统稳健性的关键 因素
并开展
分布优 化设计
最后通过 仿 真实验和 光 学实验证
明优化后系统稳健性提升方法的有效性
光学多图像并行加密系统
光学多图像并行加密原理如图
所示
将输入相位模板叠加在待加密图像上
置于输入面物窗
口
将作为密钥的相位模板置于输入面参考窗 口 一侧
加密时
经过单色 平 面波照明 以 及透镜的 傅 里叶变
换
在其后焦面上形成
也就是密文
为实现多图并行加密和任意图像再现功能
对
中的所有相位
模板进行相位恢复迭代和相移处理
实现频谱面上各 通道
的区域分离
解决了多图 像加密的联 合功
率谱串扰问题
解密原理如图
所示
解密前
将密钥放置于输入面原位置处
位于第一块透镜的前焦面
并将密文
置于第一块透镜的后焦面
相同波长的平面 波照明输 入 面后
经过傅里 叶 变换
解密光束 将 与密文进 行 叠
加
在第二块透镜的后焦面上出现对应的解密图像
从而实现任意图像再现功能
图
基于
的光学多图像并行加密系统原理图
加密阶段
解密阶段
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