月犬云盾 原宏杰加密

由于光学信息处理系统具有与生俱来的并行处理能力，对光学信息安全技术的研究越来越受欢迎。光学安全技术的应用主要集中在图像加密技术上。随着研究的深入，越来越多的研究人员开始在这方面工作，并提出了一系列新技术。其中，相移数字全息加密技术可以使光学加密技术更好地与数字信号处理和通信系统兼容，在保留原始物体信息的基础上，可以很好地去除零图像和共轭图像，使其备受关注。

相移数字全息图像加密技术。

1.系统结构。

1)基于相移干涉仪的加密系统。

当基于相移干涉器的加密系统根3加密时，需要加密图像f(x、y)和两个随机相位板RPM.RPM。放置在干涉器的物光光路上，f(x、y)和RPMI紧贴RPM。距离为di，参考光路上放置两个滞波片PR和PR2，可分别引入两个相位延迟的相位延迟。物光通过两个距离为d和d2的菲涅尔衍射，与参考光相干叠加，在输出平面上形成加密的全息信号。通过交替选择相位延迟组合，参考光与物光分别产生O.π/2.π与3π/2的相位差，并用CCD记录相应的四个全息图，即加密信息。解密时，用四步相移算法恢复记录表面的物光，然后将衍射距离分别为d2和di的两次菲涅尔逆变换，乘以相应位相板的共轭相消除其影响，实现图像的再现。

2)4-f加密系统。

当基于4-f的加密系统加密时，待加密图像f（x、y）和一个RPM放置在4-f系统的输入面上，另一个RPMz放置在4-f系统的傅立叶平面上。9透射f（x、y）的光波由两个PRMs调制，形成光轴方向的物体光，干扰输出面的一束离轴参考光。全息图被4-f系统输出面的CCD接收并转换为数字全息信号，并传输到接收端。在输入面上移除原始图像f（x、y）和RPML后，在CCD平面上接收到的图像可以作为解密钥。解密时，密钥和秘密图像分别作为输入信号，并排放置在输入面上。这个混合信号可以通过4-f系统的换恢复原始图像。

3)光学联合变换相关器加密系统。

光学联合变换相关器（JTC）主要用于图像识别领域，一些学者最近将其应用于图像加密技术。在加密过程中，JTC输入平面的一侧是待加密图像f（x、y）和RPMi（相当于干扰光路），另一侧是RPM（相当于干扰的参考光路），CCD接收输出面的联合傅立叶功率谱，即加密信息。移除f（x、y）和RPM1形成的联合傅立叶功率谱是解密钥。解密时，解密钥和秘密图像分别作为输入信号，并排列在JTC的输入面上，通过联合傅立叶相关的逆变换恢复原始图像。该系统不仅克服了传统4-f系统对元件空间排列精度要求高、容偏能力低的缺点，而且作为加密图像的联合傅立叶功率谱，可以直接打印输出。解密过程中无需制作解密钥的复共轭相位板，输入平面中的密钥移动对解密图像没有影响，只是改变了它的位置。

2.提高系统效率的方法。

为了提高加密系统的工作效率，提出了各种相应的加密技术。虽然这些方法有不同的原理和优缺点，但它们可以应用于上述系统结构。

1)改进相移算法。

在改进相移算法方面，一种方法是用三步相移算法代替四步相移算法进行加密。该方法仍采用相移干扰仪系统进行加密，基本原理与上述四步相移方法完全相同，但采用三步相移算法进行加密和解密。在加密过程中，我们只需要记录和传输一张要加密的图片。输送三个全息图，以减少一个图片的传输量，另一种方法是使用两步相移算法来实现加密。对于一张要加密的图片，这种方法只需要记录。输送两个全息图可以通过数值计算得到记录表面的物体光复振幅，然后恢复原始图像。该方法避免了相移技术，仅仅依靠数字计算来恢复信息。但必须满足一定条件：相移量必须在0到π之间，记录表面的参考光振幅A：必须大于物体光振幅A。最大值，即必须选择合适的参考光振幅A和相移量。

2)用部分加密信息解密再现图像。

这种方法的基本思想是：在加密方中，用相移数字全息恢复记录表面的物波光场U（x、y），然后只传输U（x、y）的实部、虚拟部分或相位信息，然后用它们代替U（x、y）在接收方解密图像。虽然只传输了物光场的部分信息，但用它们解密的图像仍然清晰可辩，只包含一些随机噪声。

3)双图像加密。

双图像加密技术可以同时实现两个图像的加密和解密。其基本思想是：首先将两个图像f（x、y）和g（x、y）作为振幅和相位信息，预编码成新的物光复振幅信息o（x、y），然后利用相移数字全息技术对o（x、y）进行加密。记录的全息图包含两个图像的信息吨解密后，提取解密信息的振幅可以恢复图像o（x、y），提取解密信息的相位可以恢复图像g（x、y）。需要注意的是，解密图没有随机噪声污染，但o（x、y）的相位分布必须在o到唐之间。该方法加密两个图像的数据传输量与原加密图像相同，大大降低了通信链路的负荷。

4)多图像加密。

多图像加密技术的基本思想是用不同的随机位相模板编码不同的图码不同的图像，记录相应的加密全息图，然后将相应的全息图合成一对图像传输给接收方。解密时，复合光波信息首先根据所采用的相移技术用所接收的合成全息图进行再现，然后用与图像相对应的密钥对每个图像进行解密。这种方法恢复的图像会有一定的随机噪声，随着图像数量的增加，它们的信噪比会降低。当加密图像数量小于5时，可以识别解密图像，当图像数量达到一定数量时，再现图像的平均误差几乎保持不变。该方法只需将合成的全息图作为加密信息传输给接收者，实现多个加密图像信息的同时传输，从而减少数据传输，提高系统效率。 3.提高系统安全性的方法。

1)利用数字水印技术保护加密信息。

用数字水印保护加密信息的图像加密技术是针对恶意攻击者容易发现加密全息图截获的缺点。它将加密的全息图作为数字水印隐藏在宿主图像中，使其看起来与普通数字图像没有什么不同，从而保护加密信息。此外，加密的全息图可以使用相同的宿主图像或不同的宿主图像。使用相同的宿主图像时，解密图像清晰可辩，不受宿主图像的影响。

2.利用随机像素乱置技术提高系统安全性。

随机像素乱置增强系统安全性的图像加密技术将像素乱置技术添加到位相掩模上，并通过随机乱置矩阵(RPM)控制位相掩模不同像素值之间的相互交换。解密时，原始图像可以通过反乱置变换等一系列操作恢复，以获得正确的位相掩模函数。如果没有相应的RPM，即使得到了正确的位相掩模函数和几何参数，攻击者也无法进入加密系统破解秘密信息。

小知识的全息。

全息(holography)(来自拉丁词汇，whole+drawing的复合)，特别是指一种技术，可以使从物体中发射的衍射光重现，其位置和大小与以前完全相同。从不同的位置观察物体也会改变图像。因此，该技术拍摄的照片是三维的。