基于光学技术的图像隐藏及分析关键技术研究

光学图像隐藏系统利用光学信息处理系统的高处理速度、高并行度、高加密维度的特性实现图像隐藏，具有其独特优势。然而，已有的光学图像隐藏系统通常未考虑其安全性，且与数字图像技术的结合尚有不足。本项目采用"虚拟光学"思想，以数字模拟方式，针对光学图像隐藏，特别是基于双随机相位编码（DRPE）和数字全息术的光学图像隐藏系统关键技术展开研究。结合数字图像隐藏领域的隐写分析技术，并针对光学图像隐藏系统特点，研究相应的光学图像隐藏系统隐蔽性分析方法，为光学图像隐藏系统性能分析提供有力的支持；利用已有的针对光学加密系统的攻击手段，研究针对光学图像隐藏系统的提取攻击，其结果可用于指导系统的安全性分析和改进；研究结合数字图像隐藏方法、分数阶Fourier变换和联合变换相关加密系统（JTC）的新型光学图像隐藏系统，进而实现多图像隐藏。通过基于数字模拟的理论研究和分析，将为光学图像隐藏的实际应用提供重要参考。

信息隐藏是当前信息安全领域的热点研究方向。本项目采用“虚拟光学”思想，以数字模拟方式，针对基于光学技术的图像隐藏及分析关键技术展开研究，取得了如下研究成果：（1）提出了基于双随机相位编码（DRPE）技术的秘密文本信息加密和隐藏技术。将秘密文本信息转化为类似于图像的二维矩阵形式，并对于转化得到的二维矩阵采用DRPE技术进行加密编码后，隐藏到宿主图像中。通过合理选择秘密文本信息的转换方式以及嵌入宿主图像时的叠加系数，可以准确或几乎完全准确地恢复秘密文本。该技术可以很好地利用光学信息处理系统的优势，提高秘密文本信息传输的安全性，扩展了光学信息隐藏技术的应用领域。（2）提出了结合DRPE技术和LSB替换的图像隐藏技术。结合光学图像隐藏技术和数字图像隐藏技术，在基于DRPE技术的图像隐藏算法的基础上，应用LSB替换秘密图像高位值，在保持隐藏容量和隐密图像质量不变的前提下，显著提高了秘密图像的恢复质量，可用于对于隐密图像质量要求也较高的情况下，尽可能提高恢复的秘密图像的质量。（3）提出了基于DRPE技术的图像隐藏算法的提取攻击方法。通过使用一个叠加系数近似表达实际的叠加系数从隐秘图像中近似提取隐藏的编码图像，然后应用选择明文攻击方法，恢复用于DRPE编码加密的随机相位板，成功地实现了针对基于DRPE技术的图像隐藏算法的提取攻击。（4）分析了基于DRPE技术的多水印生成算法性能。针对一种基于DRPE技术的多水印生成算法进行了性能分析。指出该算法虽然可以从一个参考水印生成多个嵌入水印，有利于盗版跟踪。但由于存在计算误差以及各种图像处理手段，使得恢复水印可能与相应的嵌入水印不同，从而导致错误识别嵌入水印。（5）提出了基于级联迭代Fourier变换的图像隐藏算法。由于DRPE技术可能受到密码分析的攻击，使得其存在安全性问题。采用级联迭代Fourier变换算法生成嵌入水印，提高了水印的安全性。（6）研究了基于计算智能的信息隐藏技术。提出了在DCT变换域应用粒子群优化算法（PSO），并改进了采用PSO优化的JPEG压缩域隐藏算法，提高了隐藏容量和隐密图像的质量。对于优化光学信息隐藏技术具有指导意义。（7）研究了并行计算方法。分别研究了基于Erlang的多核并行计算方法和基于并行计算架构CUDA的并行计算方法，为在数字计算机中更好地模拟光学并行处理过程，提高计算效率奠定了基础。