时频联合变换域的图像信息光学加密技术研究

Image encryption is the key technology for image security, and also the most direct and effective means to protect image information. The classical math-based cryptography method is losing security more and more as the computational power is increased by technical innovations, and it also confronts some unreconciled contradictions between processing speed and security. Compared with the electronic approaches, image encryption by use of optical systems has received increasing attention, because of their distinct advantages of processing two-dimensional complex data in parallel and at high speed. Therefore, the exploration and development of optical information security system has high academic and practical value..The project intends to take advantages of joint time-frequency representation features and optical properties of the fractional Fourier transform (FRFT), and researches on the basic theories of the fractional Fourier transform and its application to optical encryption key technologies. We mainly focus on the multiplicity problem of FRFT in order to provide a theoretical basis for the development of encryption algorithms. Considering the characteristics of image data, as well as the deficiencies of the existing encryption algorithms, we design new image encryption methods to meet the requirements of digital network transmission, and construct the fractional Fourier transform domain secure communication schemes and information protection systems. They can provide new ideas, new technology to further promote the applications of optics theories in the field of information security.

图像加密是信息时代保护图像信息安全的重要手段，以数学为基础的传统计算机安全技术在处理速度与安全性之间存在难以弥合的矛盾，已成为制约信息安全的瓶颈。与电子处理方法相比，光学信息处理恰恰在处理速度、并行性、加密维度、安全性等方面具有得天独厚的优势，因此探索和开发光学信息安全系统具有很高的学术和应用价值。.本项目拟利用分数傅里叶变换的时频信息联合表示特性和光学属性，以发展分数傅里叶变换的基础理论和丰富其在图像加密方面的应用体系为目的，研究基于分数傅里叶变换的光学加密关键技术。重点研究分数傅里叶变换的多样性理论和光学实现，为算法可持续发展提供理论基础。针对图像数据特点以及现有加密算法的不足，结合密码学基本原理以及分数傅里叶变换的信号处理特性，设计满足网络化、数字化传输需求的图像加密新理论和新方法，构建分数傅里叶域的保密通信方案和信息保护系统，可为进一步推广光学在信息安全领域应用提供新思路、新技术。

图像加密是信息时代保护图像信息安全的重要手段，以数学为基础的传统计算机安全技术在处理速度与安全性之间存在难以弥合的矛盾，已成为制约信息安全的瓶颈。与电子处理方法相比，光学信息处理恰恰在处理速度、并行性、加密维度、安全性等方面具有得天独厚的优势，因此探索和开发光学信息安全系统具有很高的学术和应用价值。. 本项目利用分数傅里叶变换的时频信息联合表示特性和光学属性，以发展分数傅里叶变换的基础理论和丰富其在图像加密方面的应用体系为目的，研究基于分数傅里叶变换的光学加密关键技术。重点研究分数傅里叶变换的多样性理论和光学实现，为算法可持续发展提供理论基础。针对图像数据特点以及现有加密算法的不足，结合密码学基本原理以及分数傅里叶变换的信号处理性质，设计满足网络化、数字化传输需求的图像加密新理论和新方法，构建分数傅里叶域的保密通信方案和信息保护系统，可为进一步推广光学在信息安全领域应用提供新思路、新技术。 . 在三年的工作中，我们按照原定计划对项目提出的研究内容进行了细致而深入的研究。本项目利用光学系统的复振幅信息处理能力，将实值原图分成多通道再相位编码并合成，然后通过分数傅里叶光学系统处理再拆分成多通道，设计了具有保实值性质分数傅里叶变换，便于数字存储和传输。利用RGB色彩混合和三通道联合混沌置乱操作，研究了基于保实值分数傅里叶变换和色彩混合的彩色图像的编码加密算法，可减少密文数据量。利用压缩感知理论预测混沌系统的分支参数，设计基于混沌序列的光学密码系统的密钥安全分配方法。此外，随着研究的深入，我们发现分数傅里叶变换的时频信息联合表示特性具有更加广泛的应用领域，除本项目规定研究内容以外，我们还研究了分数傅里叶变换在数字水印技术和多光谱图像融合技术两个方面的应用，并取得了丰硕的研究成果，在光学领域国际期刊和学术会议上共发表论文8篇，其中SCI检索5篇，EI检索6篇，ISTP检索1篇。申请国家发明专利4项，入选第九批辽宁省百千万工程人才项目，培养硕士生9名，先后派5人去访学、交流或参加国际会议。