加權(quán)酉變換類(lèi)及其在光學(xué)圖像加密中的應(yīng)用.pdf

1、光信息處理的新的研究方向—-光信息安全成為信息安全科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。光信息安全的主要方法是利用光學(xué)變換比如分?jǐn)?shù)傅立葉變換由隨機(jī)密鑰算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。分?jǐn)?shù)傅立葉變換研究是在數(shù)字信號(hào)和圖像處理、模式識(shí)別以及光信息處理領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種新的變換分析方法，在光學(xué)圖像加密中得到成功應(yīng)用。但是本文研究表明，這些基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的光學(xué)圖像加密算法存在共同的安全隱患。因此尋找新型的更加安全有效的加密方法對(duì)于推動(dòng)光信息安全技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義和

2、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文提出了新型的變換——加權(quán)酉變換類(lèi)。此變換類(lèi)包含分?jǐn)?shù)傅立葉變換作為特例。通過(guò)適當(dāng)選取參數(shù)，加權(quán)酉變換類(lèi)應(yīng)用于光學(xué)圖像加密時(shí)，不但克服了現(xiàn)有的基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的光學(xué)圖像加密方法的不足，而且在沒(méi)有增加光學(xué)硬件和計(jì)算難度的前提下，增強(qiáng)了圖像加密的可靠性和安全性。本文還提出了這種加權(quán)酉變換類(lèi)的離散算法，并成功地應(yīng)用于圖像加密。仿真說(shuō)明了這些算法提高了圖像加密方法的安全性和可靠性。本文主要研究工作如下：
　　

3、提出加權(quán)酉變換類(lèi)理論。本文構(gòu)造一組依賴(lài)多個(gè)實(shí)自由參數(shù)的加權(quán)系數(shù)，由這組加權(quán)系數(shù)定義的變換稱(chēng)為加權(quán)酉變換類(lèi)。這種加權(quán)酉變換類(lèi)包含現(xiàn)有的各種分?jǐn)?shù)傅立葉變換，當(dāng)自由參數(shù)取不同的形式時(shí)對(duì)應(yīng)于目前的不同的分?jǐn)?shù)傅立葉變換。根據(jù)自由參數(shù)取值范圍的不同，把加權(quán)酉變換類(lèi)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分類(lèi)，即第一類(lèi)加權(quán)酉變換類(lèi)、第二類(lèi)加權(quán)分?jǐn)?shù)酉變換類(lèi)和第三類(lèi)加權(quán)酉變換類(lèi)。本文還討論了這些變換的性質(zhì)。
　　發(fā)現(xiàn)基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的現(xiàn)有圖像加密算法中存在共同的安全隱患。本文

4、詳細(xì)地分析了當(dāng)前文獻(xiàn)中基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的圖像加密算法的安全性，發(fā)現(xiàn)這些光學(xué)圖像加密方法中存在多種共同的安全隱患，即為第一類(lèi)安全隱患—由階數(shù)參數(shù)的周期性產(chǎn)生的安全隱患、第二類(lèi)安全隱患—由階數(shù)參數(shù)在實(shí)數(shù)域上的任意選取而產(chǎn)生的安全隱患、第三類(lèi)安全隱患—因向量參數(shù)的冗余產(chǎn)生的安全隱患和第四類(lèi)安全隱患—因向量參數(shù)的平移產(chǎn)生的安全隱患。并用數(shù)字仿真驗(yàn)證了理論分析的結(jié)論。
　　提出基于加權(quán)酉變換類(lèi)的光學(xué)圖像加密算法。基于加權(quán)酉變換類(lèi)的圖像加密

5、算法，不僅具有基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的圖像加密算法所具有的優(yōu)勢(shì)，而且在沒(méi)有增加光學(xué)硬件和計(jì)算難度的前提下，克服了所有的基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的圖像加密方法的所有安全隱患，增強(qiáng)了圖像加密的安全性和可靠性。本文提出基于第一類(lèi)加權(quán)酉變換的光學(xué)圖像加密算法，克服了第二、三類(lèi)安全隱患；提出基于第二類(lèi)加權(quán)酉變換的光學(xué)圖像加密算法，克服了第一、二、三類(lèi)安全隱患；提出基于第三類(lèi)加權(quán)酉變換的光學(xué)圖像加密算法，克服了第一、二、三、四類(lèi)安全隱患。在此基礎(chǔ)之上，給出了

6、基于第三類(lèi)加權(quán)酉變換類(lèi)的雙盲圖像加密算法。
　　提出加權(quán)酉變換類(lèi)離散算法，并應(yīng)用于圖像加密中。提出了一類(lèi)加權(quán)酉變換類(lèi)的離散算法，并且應(yīng)用于圖像加密。作為離散加權(quán)酉變換算法的特例，提出了一種基于離散傅立葉變換矩陣解析特征向量基的離散分?jǐn)?shù)傅立葉變換算法。把這種離散分?jǐn)?shù)傅立葉變換應(yīng)用于圖像加密，與現(xiàn)存的方法相比，具有很好的有效性，并且由于特征向量基選取的多樣性，使得圖像加密算法的安全性增強(qiáng)。同時(shí)，本文還詳盡地分析現(xiàn)有的一些離散分?jǐn)?shù)傅立葉