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(wèn)題。圖像作為一種有效的信息載體，由于其生動(dòng)形象等特點(diǎn)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(gè)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(lái)的研究熱點(diǎn)，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(duì)較簡(jiǎn)單，無(wú)法有效抵抗選擇明文攻擊、已知明文攻擊等常見(jiàn)攻擊。為了解決這個(gè)問(wèn)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(qiáng)加密系統(tǒng)的安全性，同時(shí)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(shí)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(guò)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(guò)迭代得到最終的密文圖像。迭代過(guò)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(jiàn)攻擊。此外，分?jǐn)?shù)梅林變換階次、實(shí)施分?jǐn)?shù)梅林變換的環(huán)域外半徑以及迭代過(guò)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(duì)數(shù)—極坐標(biāo)系中對(duì)圖像實(shí)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(guò)用階數(shù)向量代替離散分?jǐn)?shù)傅里葉變換的解析表達(dá)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(diǎn)，并且能夠提供更多的參數(shù)作為密鑰，同時(shí)多階數(shù)離散分?jǐn)?shù)梅林變換能夠通過(guò)快速傅里葉變換進(jìn)行計(jì)算，減小了計(jì)算負(fù)擔(dān)。仿真結(jié)果

5、表明該加密方法有較強(qiáng)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(shí)分?jǐn)?shù)梅林變換，提出了基于保實(shí)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(jìn)行記錄，這使得密碼系統(tǒng)變得復(fù)雜，為了解決這個(gè)問(wèn)題構(gòu)造了保實(shí)分?jǐn)?shù)梅林變換。對(duì)于實(shí)值的輸入，保實(shí)分?jǐn)?shù)梅林變換的輸出也是實(shí)值，確保了密文圖像的實(shí)值性，使圖像便于顯示、存儲(chǔ)以及傳輸。加密過(guò)程中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)色彩立方體使原彩色圖像從RGB