admin 随着高速个人计算机、高分辨率彩色激光打印机/复印机、扫描仪和电荷耦合器件的发明和应用，以及全息技术的不断普及，全息防伪技术的安全性能大大降低。文字、图像、信用卡、证件和商标愈来愈容易被复制，给国家、企业和个人造成巨大损失。因为光学信息处理系统具有高处理速度、高并行度、高加密维度、能快速实现卷积和相关运算等特点，所以，接下来我给大家介绍一种随机相位编码光学图像加密技术。
一、双随机相位编码光学图像加密技术原理
在光学图像加密技术中，为了使加密后的图像难以破译，应该使它尽可能接近统计无关的均匀随机噪声，这样，在未知解密密钥的情况下几乎不能恢复出原来的图像。一般来说，原图像的傅里叶谱密度分布是不均匀的，低频部分集中了大部分能量，密度较大。由于一般图像都是正值函数，可以利用其傅里叶谱的强度信息来复原。因此，对图像进行加密可以通过扰乱它的谱信息，调整谱密度分布，使之均匀化来实现。
基于上述原理，有专家提出用双随机相位编码进行图像加密技术。该技术是采用4f系统来实现：
把两块统计无关的随机相位掩模分别置于系统的输入平面和傅里叶频谱平面，分别对原图像的空间信息和频谱信息作随机编码，最后在输出平面上获得统计无关的白噪声。由光路的可逆性可知，解密是加密的逆过程，如果是用光强探测器接受解密图像的话，对于正的实函数图像，只需要傅里叶谱平面的加密密钥的复共轭作为解密密钥；而对于虚函数图像，则需要两块随机相位掩模对应复共轭作为解密密钥。另外，由于4f系统的特性，只有当解密密钥及其空间位置都匹配得非常精确时，才能得到清晰的解密图像。一般来说，用作密钥的随机相位掩模都具有极高的分辨率，因而密钥的空间非常大，在不知密钥相位分布的情况下，很难通过盲目的反卷积运算恢复原图像，因而该技术具有较高的安全性。
二、基于随机相位编码的光学加密系统
用双随机相位编码技术具有较高安全性能，引起了世界上许多国家科研人员的关注，纷纷投入到这一研究领域，大大促进了该理论和技术的发展。随着对该技术研究的不断深入，人们逐渐发现其中的一些系统缺陷，并提出了相应的改进系统。
1、联合变换相关加密系统
4f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，在解密阶段需要制作密钥的复共轭相位板，并且通过它所获得加密图像为复数，不便直接打印和输出。针对这些缺点，专家提出利用JTC系统进行光学图像文件加密。
在该方法中，与其中一块相位板紧贴在一起的待加密图像同另外一块作为解密密钥的相位板并排地置于JTC的输入平面，然后对它们进行傅里叶变换，最后得到的联合傅里叶功率谱作为加密图像。解密时，把作为密钥的相位板置于空间平面的相应位置，加密图像置于傅里叶频谱平面，经过频域滤波后，再经过一次傅里叶逆变换，在相应的位置便得到其解密图像。显然，从上述加密和解密过程可以看出，JTC加密系统克服了传统双随机相位加密系统的上述缺点，作为加密图像的联合傅里叶功率谱可以直接输出打印，在解密过程中避免了制作解密密钥的复共轭所带来的麻烦，并且密钥在输入平面内的移动仅仅只是改变解密图像的位置，对解密图像的质量没有任何影响。
2、分数傅里叶变换系统
在传统的双随机相位加密技术中，作为密钥只有两个相位板。为了获得更多的密钥，提高系统的安全性能，印度的UnnikrishnanG等根据光波前所遵循的二次相位规律，提出一个更具一般性的双随机相位编码加密系统——FRT加密系统。
该系统跟4f系统类似，有三个平面：输入平面、加密平面和输出平面。在输入平面和加密平面上各放置一块随机相位板，用平面相干光照射系统，通过第一个相位板调制的图像信号经过第一块透镜作分数傅里叶变换后，再用第二块相位板对它的空间频率进行调制，最后经过第二块透镜作分数傅里叶逆变换，在输出平面上得到加密图像。这三个平面相邻两个之间通过具有三个参数的(输入、输出尺度缩放因子以及分数傅立叶变换的阶数)分数傅里叶变换相联系的，因而该加密系统除了拥有相位板作为密钥之外，这六个参数也将起到密钥的作用。另外，还可以增加透镜个数组成所谓的级联加密系统，将获得更多的密钥，这样大大提高了系统的安全性能。
3、基于菲涅耳域的图像加密系统
在4f系统中，两块相位板分别位于两个特殊的平面内，因此相位板的纵向位置不能作为密钥。针对这一点，GuohaiSitu和JingjuanZhang提出在菲涅耳域进行图像加密。
该系统也有三个平面：输入平面、加密平面和输出平面。与QPS加密系统不同的是：
该系统不需要透镜，完全是利用菲涅耳衍射进行图像加密。在加密时，待加密图像在输入平面经过第一块相位板调制以后，直接经过一段距离为z1的菲涅耳衍射到达加密平面进行第二次调制，然后再经过一段距离为Z2的菲涅耳衍射到达输出平面。由于两次菲涅耳衍射的距离可以是任意的，根据光的菲涅耳衍射原理，衍射距离不同，所得的衍射结果也不同，这样在该加密系统中，除了两块相位板可以作为密钥以外，两次衍射的距离(也就是相位板的纵向位置)也成为系统的密钥。另外，由于衍射结果对照射光波长的敏感性，照射光的波长也成为了系统的密钥，这样既简化了系统，又增强了系统的安全性能。
4、基于数字全息的随机相位加密系统
一般来说，经纯粹的光学系统加密的图像数据是复数形式，必须以全息方式存储，采用这种方式存储的信息，很难适时通过数据通信链路传输，而且必须用光学的方法解密原图像。为了让光学加密技术更好的与数字信号处理和通信系统相兼容，EnriqueTajahuerce提出基于数字全息的随机相位加密系统。
该加密系统是采用移相干涉仪实现图像加密的：把其中一块随机相位板与待加密图像紧贴在一起置于物光光路上，另一块随机相位板则置于参考光路上，在此光路上还放置了两块滞波片，分别引起l/2和l/4的相位延迟。通过交替选择相位延迟组合，使参考光与物光之间产生值为0、π/2、π、3π/2的相位差，从而在输出平面上形成干涉，产生加密全息信号，然后用CCD接收此加密信号，经CCD光电转换后，所获得的数字全息图像就可以进行数字处理和通过通信链路传输。这样，加密的信息就可以直接存储和传输，不再需要全息底片，从而带来了很大的灵活性。
各种改进型加密系统在性能上有所提高，密钥的构成趋向多元化。但是这些系统一般没有综合考虑各个因素(密钥级别、系统简化、抗噪性能等)，往往是提高了一方面的指标却降低了另外一方面的性能。例如，QPS级联加密系统，虽然
密钥级别提高了，但是加密系统却复杂了。另外，几乎所有的加密系统都是采用平行光照射，没有充分利用照射光的固有特性来为加密服务，虽然利用照射光的波长和偏振态进行图像加密已有报道，但是利用照射光的相位因子进行图像加密的还未曾报道。因此这一领域的发展空间很大，理论和实验研究有待进一步深入。同时，随着网络和多媒体技术的不断发展，安全性与速度的矛盾日益突出，利用高速并行的光学信息处理系统进行光学图像加密必将会成为人们的研究热点。
小知识之全息防伪
全息防伪是应用激光全息技术发展起来的一种新型防伪技术，又称激光全息防伪。 激光全息技术是继激光器于二十世纪六十年代问世之后迅速发展起来的一种立体照相技术。随时其他防伪技术的进步，全息防伪也得到新的发展与应用。
