基于相位恢复算法的纯相位光学图像加密与隐藏技术研究

Image is the most common way of expression in information transmission. It has the characteristics of image, intuition, large amount of information and convenient transmission. With the rapid development of cloud technology, big data, Internet of things and other high-tech innovation technology, the secure storage and transmission of images are faced with more severe challenges. The phase-shifting interferometry (PSI)-based optical image security technique is one of the many optical image security technologies, which is widely used in various fields of information security because the advantages of high-speed parallel processing ability, large capacity, multi-key dimensions and real-time digital storage and transmission. The project intends to propose a new method of full-phase optical image encryption and hiding based on phase retrieval algorithm to realize the full-phase encoding of the images, and combines with phase retrieval algorithm to realize digital processing of image and decryption, in which to solve the security problems caused by the high complexity and poor flexibility of the optical encryption system. On this basis, we combine with the two-step phase retrieval method and the spatial carrier frequency algorithm to improve the real-time performance and the transmission efficiency of the system, so as to provide a new means to realize the synchronous encryption of video frames. The project aims to build an optical image encryption and hiding system with high speed, high security and high flexibility, and provide effective means for the secure storage and transmission of image information nowadays.

图像是信息传输中最常见的一种表达方式，具有形象、直观、蕴含信息量大以及传输方便等特点。随着云技术、大数据、物联网等高科技创新技术的迅猛发展，图像的安全存储和传输面临了更加严峻的挑战。相移干涉光学图像安全技术是众多光学图像安全技术中的一种，因具有高速并行处理能力、大容量、多密匙维度以及实时的数字存储和传输等优势被广泛应用于各种信息安全领域。项目拟提出一种基于相位恢复算法的纯相位光学图像加密与隐藏新方法，实现图像的纯相位编码，并结合相位恢复算法实现图像的数字处理与解密，解决由于相移干涉光学加密系统复杂度高、灵活性差引起的安全问题。在此基础上，结合两步相位恢复方法和空域载频法提高系统的实时性与传输效率，为实现视频帧的同步加密提供新的手段。项目以期构建高速、高安全性、高灵活性的光学图像加密与隐藏系统，为实现现今图像信息的安全存储和传输提供有效手段。

本项目“基于相位恢复算法的纯相位光学图像加密与隐藏技术研究”于2018年8月获得批准，项目编号61805086，研究期限：2019年1月至2021年12月。项目以构建高速、高安全性、高灵活性的光学图像加密与隐藏系统为目的，重点进行纯相位光学图像加密与隐藏相关方法与技术问题研究，同时开展了高精度的相位恢复算法的研究，取得了丰富的结果。本项目研究了一种基于相位恢复算法的纯相位光学图像加密与隐藏新方法，解决了由于相移干涉光学加密系统复杂度高、灵活性差引起的安全问题；通过进一步结合正交归一化的相位恢复算法，消除了相移量偏差对解密图像质量的影响，在相移量不准时也可快速的实现较高质量的图像解密，对拓宽相移干涉光学图像安全技术的使用条件具有重要意义；在此基础上，我们提出了单次曝光的图像加密与隐藏方法，解决了复杂图像解密质量差的问题，进一步提高了系统的实时性与传输效率，为实现视频帧的同步加密提供新的手段；此外，本项目在提出的正交归一化算法的基础上，研究并提出了一系列高精度的多步和两步相移算法，为相位信息的快速高精度提取提供了有效手段。围绕项目的研究，在本领域国际主流期刊上发表与项目研究内容直接相关的SCI学术论文17篇，会议论文1篇；授权发明专利5件，申请1件；共参加国内学术会议8人次；培养人才4人。