结合计算全息和频移的JTC系统多图像光学加密方法.docx资源-CSDN文库

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0. 引　言

自 1995 年 Refrecereer 和 Javidi 提出双随机相位光学图像加密系统以来

[1]

，光学图像加

密技术得到了迅速发展

[2-5]

。许多改进的光学图像加密系统不断被提出，例如基于菲涅耳变

换的加密系统

[6]

、基于数字全息的加密系统

[7-8]

、基于压缩感知的加密系统

[9-10]

、基于混沌的

加密系统

[11-12]

和基于偏振的加密系统

[13-14]

。其中最具代表性的是 Nomura 和 Javidi 于 2000

年提出的基于联合变换相关器（JTC）的光学图像加密系统，由于其结构简单，不需要制

作复共轭相位密钥，加密结果是一个振幅型的联合功率谱图像，便于记录和传输，因此成

为研究热点

[15-18]

。然而，JTC 图像加密系统也存在严重缺陷，一是解密图像质量差，存在

严重的噪声，二是线性 JTC 图像加密系统安全性差，易被攻击。为了提高解密图像的质

量，G-S 算法和基于模糊控制理论的迭代算法(IAFC)

[19-20]

被引入，用于设计随机相位密钥，

使傅里叶频谱尽可能均匀来降低噪声。但此类方法需要复杂的数学迭代运算和编程。为了

提高 JTC 加密系统的安全性，像素置乱技术和分数傅里叶变换技术被引入，安全性提高但

系统的复杂性也随之增加，且噪声问题仍未解决，解密图像质量较差。近年来，随着大数

据技术的飞速发展和信息传输能力的提高，传统的单幅图像加密技术已经不能满足日益增

长的信息需求。因此，光学多图像加密技术已成为研究热点之一

[21-24]

。由于 JTC 系统在信

息加密方面的突出特点，基于 JTC 系统的多图像加密方法也被提出。例如 Tebaldi 在 JTC

结构中利用波长复用技术实现了多图像光学加密

[25]

。Qin 等人提出了一种利用相位密钥旋

转复用技术的 JTC 系统多图像加密方法

[26]

。然而，JTC 系统固有的噪声问题以及多图像之

间的串扰问题都没有解决。计算全息技术具有操作灵活、重复性高和大容量等特性，且本

身具有一定的加密性质，并能通过二维计算全息图实现三维信息的维度压缩，具有更容易

保存、传输和重建三维场景的优势，成为图像信息加密领域研究的热点。例如基于计算全

息和随机相位编码的三维信息加密方法

[27]

、基于计算全息和混沌的彩色图像加密方法等

[28]

。

针对 JTC 加密系统的固有噪声问题和安全性低的问题，文中将计算全息技术引入 JTC

系统，提出一种基于计算全息图（CGH）和频移的 JTC 系统多图像光学加密方法，将

CGH 引入 JTC 光学图像加密系统，在解决其噪声和安全性问题的同时，提高系统加密效

率。首先多个不同类型和尺寸的图像被随机相位和和傅里叶变换，然后傅里叶频谱经过频

移相位调制后叠加并编码为二元实值计算全息图。之后在 JTC 图像加密系统中对二进制实

值加密 CGH 进行加密，联合功率谱作为最终的加密图像。在解密过程中，首先在 4F 解密

系统中获得带有噪声的二进制实值 CGH，然后通过数字图像处理去噪方法或手动去噪方法

进行二元实值 CGH 的降噪复原，最后经过正确光学密钥调制和傅里叶变换可以获得多幅

解密图像。因此，将 CGH 和频移技术引入 JTC 图像加密系统中，解决了其固有的噪声问

题，极大地提高了其安全性和加密效率，可实现多个不同类型和尺寸图像的并行加密，不

存在图像之间的串扰。因此，该研究在网络安全和信息保护方面具有一定的应用前景和实

用价值。

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