admin 由于光学信息处理系统具有与生俱来的并行处理能力、更多的可选自由度和高级别的数据安全性等优点，对光学信息安全技术的研究越来越热门。光学安全技术的应用主要集中在图像加密技术方面。随着研究的深入，越来越多的科研工作者开始着手这方面的工作，并相继提出了一系列新技术。其中，相移数字全息加密技术可以让光学加密技术更好的与数字信号处理和通讯系统相兼容，且可以在保留原物体信息的基础上，很好的去除零级像和共轭像，这些特点使它备受人们关注。
相移数字全息图像加密技术
1、系统的结构
1）基于相移干涉仪的加密系统
基于相移干涉仪的加密系统艮3加密时，待加密图像f(x，y)和两块随机相位板RPM、RPM。置于干涉仪的物光光路上，其中，f(x，y)和RPMI紧贴在一起与RPM。距离为di，参考光路上放置两块可以分别引入λ／2和λ／4的相位延迟的滞波片PR，和PR2。物光经过距离分别为d和d2的两次菲涅尔衍射后与参考光相干叠加，在输出平面形成加密的全息信号。通过交替选择相位延迟的组合，使参考光和物光之间分别产生O、π／2、π和3π/2的相位差，并用CCD记录相应的四张全息图，即加密信息。解密时，先用四步相移算法恢复记录面上的物光，再对它进行衍射距离分别为d2和di的两次菲涅尔逆变换，并乘以相应位相板的共轭位相消除其影响，即可实现图像的重现。
2）4-f加密系统
基于4-f的加密系统加密时，待加密图像f(x，y)和一块RPM．置于4-f系统的输入面上，另一块RPMz置于4-f系统的傅立叶平面9透射f(x，y)的光波被两块PRMs调制形成光轴方向的物光，此物光与一束离轴的参考光在输出面发生干涉。全息图被4-f系统输出面上的CCD接收并转换成数字全息信号，传输到接收端。把输入面上的原始图像f(x，y)和RPM l移开后，在CCD平面接收到的图像即可作为解密密钥。解密时，密钥和秘密图像分别作为输入信号，并排的置于输入面上，这一混合信号经过4-f系统变换就能恢复得到原始图像。
3）光学联合变换相关器加密系统
光学联合变换相关器(JTC)多应用于图像识别领域，最近又有学者将它应用于图像加密技术。加密时，JTC输入平面上的一侧是紧贴在一起的待加密图像f(x，y)和RPMi（相当于干涉的物光光路），另一侧是RPM（相当于干涉的参考光路），用CCD在输出面上接收联合傅立叶功率谱，此功率谱即为被加密的信息。移去f(x，y)和RPM1而形成的联合傅立叶功率谱即为解密密钥。解密时，把解密密钥和秘密图像分别作为输入信号，并排置于JTC的输入面上，经过联合傅立叶相关逆变换就能恢复得到原始图像。这种系统不但克服了传统的4-f系统对元件的空间排列精度要求非常高，系统的容偏能力低的缺点，而且作为加密图像的联合傅立叶功率谱可以直接打印和输出，解密过程不必制作解密密钥的复共轭相位板，并且密钥在输入平面内移动对解密图像没有任何影响，只是改变了它的位置。
2、提高系统效率的方法
为了提高加密系统的工作效率，提出了多种相应的加密技术。虽然这些方法的原理不同，各有其优缺点，但它们都可以应用于上述各种系统结构。
1）改进相移算法
在改进相移算法方面，一种方法是用三步相移算法代替四步相移算法实现加密。此种方法依然用相移干涉仪系统实现加密，基本原理与上述四步相移方法完全相同，但它采用三步相移算法实现加密与解密。在加密过程中，针对一张待加密图片，我们只需要记录传、输送三张全息图，从而减小一张图片的传输量，另一种方法是用两步相移算法实现加密。针对一张待加密图片，此种方法只需要记录、输送两张全息图即可通过数值计算得到记录面上的物光复振幅，继而恢复原图像。这种方法解密时避开了相移技术，单纯依靠数字计算实现了信息的恢复。但是，它必须满足一定的条件：相移量艿必须在0到π之间，并且记录面上的参考光振幅A：必须大于物光振幅A。的最大值，即必须选择适当的参考光振幅A，和相移量。
2）用部分加密信息解密再现图像
这种方法的基本思想是：在加密方，先用相移数字全息的方法恢复记录面上的物波光场U(x，y)，然后只传送U(x，y)的实部、虚部或相位信息，继而在接受方用它们代替U(x，y)实现图像的解密。虽然被传送的只是物光场的部分信息，但用它们解密再现的图像仍清晰可辩，只是包含了一些随机噪声。
3）双图像加密
双图像加密技术可以实现两幅图像的同时加密与解密。它的基本思想是：先将两幅图像f(x，y)和g(x，y)分别作为振幅和相位信息，预编码成新的物光复振幅信息O(x，y)，再利用相移数字全息技术加密O(x，y)。记录的全息图包含两幅图像的信息吨解密后，提取解密信息的振幅可恢复图像O(x，y)，提取解密信息得相位即可恢复图像g(x，y)。需要说明的是，解密图没有随机噪声的污染，但O(x，y)相位分布必须在O到兀之间。此方法加密两幅图像的数据传输量与原来加密一幅图像的数据传输量相同，大大减少了通信链路得负载。
4）多图像加密
多图像加密技术的基本思想是：加密时，用不同的随机位相模板编码不同的图片，并记录下相应的加密全息图，再把相对应的全息图相加合成一副图像传递给接收方。解密时，先根据所采用的相移技术用所接收的合成全息图再现复合光波信息，再利用与图像相对应的密钥解密各图像。这种方法恢复的图像会存在一定的随机噪声，且随着图片数的增多，它们的信噪比会降低。当加密的图片数小于5时，解密图像都可以辨别，且当图片数到达一定数目后，再现图像的均方误差就几乎不变了p此方法只需把合成的全息图作为加密信息传给接收者，实现多幅加密图像信息的同时传输，从而减少了数据的传输量，提高了系统的效率。
3、提高系统安全性的方法
1）用数字水印技术保护加密信息
用数字水印保护加密信息的图像加密技术是针对加密全息图容易被恶意攻击者发现截获的缺点提出的。它把加密的全息图作为数字水印隐藏在宿主图像内，使它们看起来和一般的数字图像没什么区别，从而起到保护加密信息的作用。而且，加密的全息图可以使用同一幅宿主图像，也可以使用不同的宿主图像，当使用同一幅宿主图像时，解密图像清晰可辩，不受宿主图像的任何影响。
2、用随机像素乱置技术增强系统安全性
用随机像素乱置增强系统安全性的图像加密技术在加密时，把像素乱置技术加到位相掩模上，由随机乱置矩阵(RPM)控制位相掩模不同像素值之间的相互交换。解密时，在得到正确的位相掩模函数、几何参数和RPM的情况下，可以经反乱置变换等一系列操作恢复得到原图像。而如果没有相应的RPM，即使得到正确的位相掩模函数和几何参数，攻击者也不能进入加密系统，破解秘密信息。
小知识之全息
全息（Holography）（来自于拉丁词汇，whole+ drawing的复合），特指一种技术，可以让从物体发射的衍射光能够被重现，其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体，其显示的像也会变化。因此，这种技术拍下来的照片是三维的。
