基于分?jǐn)?shù)梅林變換的光學(xué)圖像加密算法.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)、通信技術(shù)和傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，信息安全成為人們不容忽視的問題。圖像作為一種有效的信息載體，由于其生動形象等特點被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，因此圖像安全是信息安全的一個重要研究方向。圖像加密是保證圖像安全的一種有效手段。目前，已提出一系列光學(xué)圖像加密方法和數(shù)字圖像加密方法，其中基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換的圖像加密技術(shù)是近年來的研究熱點，引起了研究人員的極大關(guān)注。然而，大部分基于變換的典型圖像加密系統(tǒng)都是線性系統(tǒng)，與非線性加密系統(tǒng)相比，

2、線性加密系統(tǒng)的抗攻擊性比較弱。這是由于線性加密系統(tǒng)中明文、密文、密鑰之間的函數(shù)關(guān)系相對較簡單，無法有效抵抗選擇明文攻擊、已知明文攻擊等常見攻擊。為了解決這個問題，本文將分?jǐn)?shù)梅林變換引入圖像加密技術(shù)。作為一種非線性變換，分?jǐn)?shù)梅林變換能有效增強加密系統(tǒng)的安全性，同時作為一種分?jǐn)?shù)階變換，它能像分?jǐn)?shù)傅里葉變換一樣將分?jǐn)?shù)階次作為密碼系統(tǒng)的密鑰。本文具體研究工作概括如下：
　　 提出了基于分?jǐn)?shù)梅林變換的圖像加密算法并給出了相應(yīng)的光學(xué)實現(xiàn)裝置

3、。在該非線性圖像加密系統(tǒng)中，原圖像的不同環(huán)域部分經(jīng)過不同階次的分?jǐn)?shù)梅林變換，輸出一系列復(fù)值子圖像，這些子圖像經(jīng)過迭代得到最終的密文圖像。迭代過程涉及分?jǐn)?shù)傅里葉變換、幅度編碼以及相位編碼。分?jǐn)?shù)梅林變換的非線性性質(zhì)使得加密系統(tǒng)能有效抵抗已知明文攻擊、選擇明文攻擊、選擇密文攻擊和唯密文攻擊等常見攻擊。此外，分?jǐn)?shù)梅林變換階次、實施分?jǐn)?shù)梅林變換的環(huán)域外半徑以及迭代過程中產(chǎn)生的相位模板可作為密鑰，提供了很大的密鑰空間。
　　 構(gòu)造了多階數(shù)離

4、散分?jǐn)?shù)梅林變換，提出了基于多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)梅林變換的圖像加密算法。在對數(shù)—極坐標(biāo)系中對圖像實施多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)傅里葉變換，即可得到該圖像的多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)梅林變換結(jié)果。其中，多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)傅里葉變換是通過用階數(shù)向量代替離散分?jǐn)?shù)傅里葉變換的解析表達式中的分?jǐn)?shù)階次而構(gòu)造的。多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)梅林變換改善了分?jǐn)?shù)梅林變換階次靈敏度不高的弱點，并且能夠提供更多的參數(shù)作為密鑰，同時多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)梅林變換能夠通過快速傅里葉變換進行計算，減小了計算負(fù)擔(dān)。仿真結(jié)果

5、表明該加密方法有較強的抗攻擊性，密鑰靈敏度高，且具有良好的魯棒性。
　　 構(gòu)造了保實分?jǐn)?shù)梅林變換，提出了基于保實分?jǐn)?shù)梅林變換的彩色圖像加密算法。由于分?jǐn)?shù)梅林變換的結(jié)果為復(fù)值，復(fù)值圖像的相位信息必須用全息技術(shù)進行記錄，這使得密碼系統(tǒng)變得復(fù)雜，為了解決這個問題構(gòu)造了保實分?jǐn)?shù)梅林變換。對于實值的輸入，保實分?jǐn)?shù)梅林變換的輸出也是實值，確保了密文圖像的實值性，使圖像便于顯示、存儲以及傳輸。加密過程中，通過旋轉(zhuǎn)色彩立方體使原彩色圖像從RGB