基于费涅尔望远镜扫描的光学图像加密技术研究

Information encryption technology is an important subject in the field of information security. Because of the parallel and high speed processing of optical information processing system, and taking advantage of the many degrees of freedom available in optical waveforms, optical image encryption has been a new focus of research. In this project, based on the imaging principles of Fresnel telescope and random-phase encoding method, a new online optical scanning cryptography of image data is proposed for long distance objects. The research includes mainly: design and optimization of the total system based on the researches of the principles of Fresnel telescope scanning and random-phase code method; research of the Fresnel telescope scanning technique based on orthogonal polarization optical and the dynamic theory of encryption information by modulation of the random phase array; research of the high signal to noise ratio coaxial coherent detection technology on the received signal; development of the experimental setup of simulation and verification. The research on this proposal can lay a solid foundation of theory and technology for the applications of Fresnel telescope scanning encryption system and has important meanings and prospects of wide applications.

信息加密与防伪技术是当今信息安全领域中的重要课题，其中光学图像加密技术由于其并行性、高速度和自由维度大而倍受青睐。本项目基于费涅尔望远镜扫描成像技术和随机相位编码方法，提出一种远距离目标实时在线加密的光学图像加密技术。利用随机相位板和两同轴同心偏振正交球面波形成的光斑对目标扫描在线加密，采用同轴高灵敏度的相干探测技术，通过光学桥接器和匹配滤波解密出目标图像。其主要研究内容包括：基于费涅尔望远镜扫描和随机相位编码技术在线加密和解密总体系统的方案设计和优化；随机相位阵列调制作用下，基于偏振正交光学的扫描加密信息发射系统的动态模式研究；加密回波信息的高信噪比同轴相干探测技术研究；通过上述研究，建立一套费涅尔望远镜扫描加密系统的实验室原理验证装置。开展本项目的研究，为多个应用领域的费涅尔望远镜扫描加密系统的工程研制奠定坚实的理论与技术基础，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

曾几何时，美国的“棱镜”计划，全球舆论鼎沸，人们反思在大数据时代的个人隐私与公共安全问题。信息在通信和存储中的安全性成为信息安全领域研究的重点。图像加密是信息安全领域的一个重要研究方向，主要包括基于“数学理论”的传统图像加密技术和基于“非数学理论”的新型图像加密技术两大类。光学图像加密技术在近年来受到越来越多的关注，也正是本项目所涉及的研究领域。本项目将费涅尔望远术扫描成像技术和随机相位编码技术有效结合，提出了一种远距离目标高分辨成像和加密传输的新方法，进行了光学加密和解密系统的理论分析，包括成像算法，唯密文和明文的攻击分析。加工设计了全光学的相干接收系统的关键器件90度空间光桥接器，对发射光学天线发射的加密信息进行了高灵敏度的探测。建立了一套费涅尔望远镜扫描光学加密系统的实验验证装置，目标距离3.5m，实现对点目标、面目标和简单三维目标进行了成像。探索并发展了光学扫描全息、Gyrator变换、QR码和生物特征密钥等多种不同体制的光学图像加密方法，大大提高加密系统的安全性和抗攻击能力。