基于分數梅林變換的光學圖像加密算法.pdf

1、隨著網絡多媒體技術、通信技術和傳輸技術的快速發(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用于各領域，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，已提出一系列光學圖像加密方法和數字圖像加密方法，其中基于分數傅里葉變換的圖像加密技術是近年來的研究熱點，引起了研究人員的極大關注。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、密鑰之間的函數關系相對較簡單，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，本文將分數梅林變換引入圖像加密技術。作為一種非線性變換，分數梅林變換能有效增強加密系統(tǒng)的安全性，同時作為一種分數階變換，它能像分數傅里葉變換一樣將分數階次作為密碼系統(tǒng)的密鑰。本文具體研究工作概括如下：
　　 提出了基于分數梅林變換的圖像加密算法并給出了相應的光學實現(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)域部分經過不同階次的分數梅林變換，輸出一系列復值子圖像，這些子圖像經過迭代得到最終的密文圖像。迭代過程涉及分數傅里葉變換、幅度編碼以及相位編碼。分數梅林變換的非線性性質使得加密系統(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，分數梅林變換階次、實施分數梅林變換的環(huán)域外半徑以及迭代過程中產生的相位模板可作為密鑰，提供了很大的密鑰空間。
　　 構造了多階數離

4、散分數梅林變換，提出了基于多階數離散分數梅林變換的圖像加密算法。在對數—極坐標系中對圖像實施多階數離散分數傅里葉變換，即可得到該圖像的多階數離散分數梅林變換結果。其中，多階數離散分數傅里葉變換是通過用階數向量代替離散分數傅里葉變換的解析表達式中的分數階次而構造的。多階數離散分數梅林變換改善了分數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作為密鑰，同時多階數離散分數梅林變換能夠通過快速傅里葉變換進行計算，減小了計算負擔。仿真結果

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。
　　 構造了保實分數梅林變換，提出了基于保實分數梅林變換的彩色圖像加密算法。由于分數梅林變換的結果為復值，復值圖像的相位信息必須用全息技術進行記錄，這使得密碼系統(tǒng)變得復雜，為了解決這個問題構造了保實分數梅林變換。對于實值的輸入，保實分數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，通過旋轉色彩立方體使原彩色圖像從RGB