基于混沌Gyrator变换与矩阵分解的光学图像加密算法

为了解决当前光学图像加密技术没有考虑明文自身特性,使其抗明文攻击能力较低,且易增加密钥的分配与管理难度的问题,设计了基于混沌Gyrator变换与矩阵分解的非对称彩色图像加密算法。首先,从彩色图像中分别获取其R、G、B分量;设计二维耦合混沌系统,生成3个随机相位掩码,分别对R、G、B分量进行调制;基于卷积操作,将调制后的R、G、B分量融合为一幅灰度图像;利用混沌系统输出的随机序列来计算Gyrator机制的旋转角度,对灰度图像完成Gyrator变换,获取Gyrator频谱;根据相位-幅度截断机制,对Gyrator图像完成截断操作,形成幅度与相位信息;再引入一种矩阵分解机制,将相位截断图像分解为酉矩阵与三角矩阵,利用旋转角度不同的Gyrator变换分别处理酉矩阵与三角矩阵,完成图像加密。在图像加密过程中,利用其幅度截断图像信息来生成R、G、B分量的解密密钥,使得加密与解密密钥是截然不同的,只需利用私钥即可解密图像。测试数据表明,与较为主流的光学加密方案相比,所提技术具备更高的安全性,可有效抗击明文攻击。

基于QR码与级联Fourier变换的图像光学加密算法

为实现对多幅图像完成同步加密,并提高密文的安全性与抗几何变换攻击能力,提出基于快速响应码(QR)与级联分数阶Fourier变换的多图像光学加密算法。借助Logistic映射,获取随机掩码,联合Fresnel波带、Hilbert模型,构建调制掩码;引入复数理论,借助模板图像对第一幅明文实施处理,形成复数图像;采用分数阶Fourier变换,借助调制掩码,对复数图像实施处理,并基于相位-幅度截断机制,得到相位分布与密钥;再结合相位截断方法与分数阶Fourier变换,设计级联快速傅里叶变换(FFT)加密机制,通过调制掩码与相位分布,对剩余的多幅明文实施频域变换处理,输出融合幅度图像,并将其转换为对应的QR码;引入Gyrator变换,通过相应的光电装置,利用激光束对QR码完成干涉处理,得到密文。测试数据表明:相对已有的多图像光学加密技术,本算法具备更高的保密安全性与抗攻击能力,在裁剪变换下,其复原图像的失真度更小。

基于相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法

为了解决光学图像加密技术将密文相位信息主要集中在纯相位掩码中,使其存在轮廓显现问题,该文提出相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法。首先,对输入图像进行归一化处理;基于Logistic映射,利用输入图像的像素特性,生成其初值,通过迭代Logistic映射,输出混沌相位掩码;借助相位掩码,对图像完成调制,并结合Fourier变换,对调制图像进行处理,输出其Fourier频谱;再对该频谱分别进行等模分解,获得两个掩码;再基于不同分数阶的Fourier机制,对两个掩码进行变换;最后,引入相位-幅度截断编码技术,设计单向编码机制,通过激光束的相干叠加,输出编码密文的幅度与相位信息,将相位部分视为编码密文,把幅度信息作为解密密钥。通过等模分解技术,将输入明文演变为4个不同的相位与幅度信息,有效解决了轮廓显现问题。实验结果显示:与当前基于干涉原理的图像加密机制相比,所提算法的安全性更高,有效消除了轮廓显现问题。

基于快速响应码的非线性光学图像加密算法

为增强加密系统的抗破译能力,提出快速响应码耦合Shearlet变换的非线性光学加密算法。引入非线性复合混沌系统,构建交叉置乱方法,改变明文的像素位置;借助二维码生成器,将置乱结果转换成对应的快速响应码QR(quick response)码;采用Shearlet变换,对QR码实施5级分解,输出5个剪切系数,利用一个安全图像与第一个剪切系数互换,联合其它4个系数,借助可逆Shearlet变换,生成过渡图像;设计调制融合掩码,基于Gyrator变换,对过渡图像实施加密,获取Gyrator频谱;通过幅度-相位截断,将Gyrator频谱实施分割,输出密文。测试数据表明,与已有的光学加密方法相比,所提方案具备更高加密安全性与复原质量。

基于快速响应分解与颜色空间转换的光学彩色图像无损加密算法

提出了基于快速响应分解与颜色空间转换的光学彩色图像无损加密算法。将彩色图像从RGB空间转换HSI到颜色空间,提取H、S、I三个成分;根据随机相位掩码,对H、S、I分量进行编码与调制处理;基于Gyrator变换,对相位编码后的H、S、I分量进行频域变换,通过广义卷积操作,形成一个Gyrator频谱;引入相位-幅度截断机制,得到Gyrator频谱的相位与幅度信息,将幅度部分作为密文。为了实现无损解密,利用快速响应分解技术对输出密文进行分割,获取其相应的Q、R成分,借助Gyrator变换对二者进行独立处理,形成编码信息;利用输出的相位信息来生成H、S、I分量对应的解密密钥,通过联合编码信息与解密密钥,获取HIS图像,再将其转换到RGB空间,实现无损解密。实验结果表明：与当前彩色图像加密技术相比,所提算法具有更高的安全性,能够更好地抗击剪切攻击与明文攻击,以及更高的解密质量,很好地保留了初始明文的直方图特性,视觉失真度最低。