1 河北大学电子信息工程学院，河北 保定 071000
2 河北农业大学理学院，河北 保定 071001
为了提高图像的加密效率和安全性，提出一种基于指纹密钥的光学双图像加密方法。首先，两幅待加密图像分别经置于输入平面和Gyrator变换域平面的两块指纹随机相位板的调制后，再经1次Gyrator变换，然后将Gyrator变换后的结果合成为一幅复振幅图像。最后，对得到的复振幅图像进行相位截断和振幅截断操作，得到加密图像和两个相位密钥。解密时，指纹、振幅截断得到的相位密钥、混沌系统的初值和控制参数、Gyrator变换参数均可作为解密过程中的密钥。在所提方法中，由于密钥与用户身份关联，加密系统的安全性得以进一步提高。此外，由于无需传输相位板密钥，密钥管理更为便捷。数值模拟结果表明，所提加密方法切实可行，具有较高的安全性和鲁棒性。
双图像加密 指纹密钥 Gyrator变换 随机相位编码 混沌映射 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0210015
1 郑州旅游职业学院文化艺术学院, 河南郑州 450009
2 河南工业大学信息科学与工程学院, 河南郑州 450001
为解决当前基于干涉的多图像密码系统中易出现轮廓和串扰噪声问题, 设计了基于回转器(Gyrator)变换与非等模矢量分解的多彩色图像非对称光学加密算法。将所有彩色图像分解成红、绿、蓝三基色分量, 再对每种颜色分类叠加, 融合成三通道形式; 利用 Logistic映射生成随机相位掩码, 对叠加后的颜色分量进行调制处理。将调制后的图像分量分别在 Gyrator变换域下进行旋转变换, 形成 3个复杂分布函数。利用非等模矢量分解方法, 将其分解成振幅和相位均不相同的 2个矢量, 并将其中一个视为固定的共享矢量, 另一个作为解密矢量。对共享矢量实施 Gyrator逆变换, 输出最终的密码图像。实验数据显示, 较已有的多目标加密技术而言, 该算法具备更强的抗破译能力, 可以更好地解决串扰噪声问题。
光学图像加密 Logistic映射 Gyrator变换 非等模分解 串扰噪声 共享矢量 optical image encryption Logistic mapping Gyrator transform unequal modulus decomposition crosstalk noise shared vector 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(5): 470
Author Affiliations
Abstract
1 Ministry of Education, Key Laboratory of Micro-systems and Micro-structures Manufacturing (Harbin Institute of Technology), Harbin, China
2 Harbin Institute of Technology, School of Instrumentation Science and Engineering, Harbin, China
3 Harbin Institute of Technology, School of Physics, Harbin, China
4 Chinese Academy of Sciences, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Suzhou, China
Orbital angular momentum (OAM) of an optical vortex has attracted great interest from the scientific community due to its significant values in high-capacity optical communications such as mode or wavelength division multiplexer/demultiplexer. Although several configurations have been developed to demultiplex an optical vortex, the multiwavelength high-order optical vortex (HOOV) demultiplexer remains elusive due to lack of effective control technologies. In this study, we present the design, fabrication, and test of metasurface optical elements for multiwavelength HOOV demultiplexing based on optical gyrator transformation transformations in the visible light range. Its realization in a metasurface form enables the combined measurement of OAM, the radial index p, and wavelength using a single optical component. Each wavelength channel HOOV can be independently converted to a high-order Hermitian–Gaussian beam mode, and each of the OAM beams is demultiplexed at the converter output. Furthermore, we extend the scheme to realize encoding of the three-digit gray code by controlling the wavelength or polarization state. Experimental results obtained at three wavelengths in the visible band exhibit good agreement with the numerical modeling. With the merits of ultracompact device size, simple optical configuration, and HOOV recognition ability, our approach may provide great potential applications in photonic integrated devices and systems for high-capacity and demultiplex-channel OAM communication.
metasurface vortex beams orbital angular momentum optical gyrator transform phase modulation Advanced Photonics Nexus
2022, 1(1): 016005
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国移动通信集团吉林有限公司网络优化中心, 吉林 长春 130000
针对光学多图像认证方法中,多路复用图像中的串扰噪声,以及不同认证级别下的信息安全问题,提出了一种基于超混沌振幅型掩模和Gyrator变换域下相位信息复用的光学多图像认证方法。利用分数阶超混沌Rabinovich系统构造超混沌随机振幅掩模;基于改进的Gerchberg-Saxton算法对原始图像进行低级或高级编码,利用超混沌掩模作为振幅约束,迭代获得目标图像,并将得到的N个目标图像编码成复合图像;再次通过Gerchberg-Saxton迭代将复合图像转化为两个便于传输的纯相位掩模。实验结果表明:在认证过程中,不同安全级别的用户拥有各自的认证密钥,低级认证过程中可以通过检索图像与原始图像的非线性相关峰值,判断认证图像的正确性,而高级认证过程中则可以获得与原始图像相似度较高的认证图像,峰值信噪比和相关系数分别可达25.2817 dB和0.9844。所提方法对遮挡攻击和噪声攻击具有良好的稳健性,为多幅图像在不同级别下的光学认证提供了新的思路。
图像处理 光学安全及加密 光学图像认证 超混沌 Gyrator变换 相位信息复用
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
2 中国移动通信集团吉林有限公司网络优化中心, 吉林 长春130000
3 南开大学计算机与控制工程学院, 天津 300350
针对光学变换水印算法中光学实现的轴对准问题和光学密码系统的安全性问题,提出一种基于超混沌映射和Gyrator变换的光学水印方法。利用Chen 4D超混沌系统构造超混沌相位掩模,然后通过菲涅耳波带板和径向希尔伯特掩模构造的涡旋光,对超混沌相位板进行照明,最后借助Gyrator变换将加密后的水印图像植入宿主灰度图像,实现Gyrator变换域下的光学信息隐藏。通过Gyrator逆变换提取目标图像中植入的水印信息。实验结果表明,该算法能够从高不可感知性的目标图像中提取高质量的水印信息,加密的目标图像信噪比高,与宿主图像的相关性强,能够有效地抵御强度系数为0.06和0.8的椒盐噪声和高斯噪声的攻击,对低于50%遮挡率和80压缩因子的攻击具有良好的稳健性。加密后的目标图像与原始宿主图像具有相似的统计分布,较好地实现了信息隐藏。
信号处理 光学水印 超混沌 Gyrator变换
中国人民解放军军械工程学院 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
基于傅里叶变换和Gyrator变换对图像进行加密。将原始图像和第一个随机相位函数叠加后做傅里叶变换, 然后将频域信息减去第二个随机相位函数后得到一个复函数。复函数经过Gyrator变换得到加密图像, 将第二个随机相位函数作为相位密钥, 同时将Gyrator变换角度作为密钥, 由此增大了密钥空间和增强了系统安全性。通过数字方法对图像进行加密, 解密过程用光学装置实现。计算机模拟结果表明, 该加密方法解密图像质量好, 系统安全性良好。
加密 傅里叶变换 Gyrator变换 相位密钥 encryption Fourier transform Gyrator transform phase key
重庆工商大学计算机科学与信息工程学院, 重庆 400067
基于 gyrator变换数值算法和计算全息理论提出了 gyrator变换计算全息图, 采用罗曼编码方法制作出了在不同变换角度下的 gyrator变换计算全息图并实现了相应的数字再现, 其再现规律与相关文献报道的 gyrator变换全息图的再现规律一致, 表明制作 gyrator变换计算全息图是可行的。在此基础上提出了一种新的计算全息编码方法即梯形等效面积编码方法, 该方法能有效提高在单个抽样单元中进行相位编码时的相位量化级数。应用该编码方法完成了傅里叶变换计算全息图的产生和数字再现的仿真实验,实验表明采用新型编码方法的离轴物体的计算全息图能实现零级衍射成像。采用新型编码方法也实现了 gyrator变换计算全息图的产生和数字再现的仿真实验。上述实验结果表明本文提出的新型编码方法是可行的和有效的。
计算全息图 gyrator变换 gyrator变换全息图 相位编码 相位量化 computer-generated hologram gyrator transform gyrator transform hologram phase encoding phase quantization
重庆工商大学 计算机科学与信息工程学院, 重庆 400067
提出了gyrator变换全息图, 利用gyrator变换快速算法模拟实现了gyrator变换全息图的产生和再现, 并研究了基于相移数字全息的gyrator变换全息图.在此基础上提出了采用正弦相位光栅实现光学图像加密的新方法.该方法利用gyrator变换在相空间的旋转特性, 将gyrator变换的角度、光栅的频率及光栅的旋转角度作为加密密钥, 并利用两个或两个以上的gyrator变换系统的级联实现图像加密, 增加了系统的安全性.依据相移数字全息进行的两个gyrator变换系统级联的仿真实验验证了该方法的可行性、有效性及其良好的安全性能.
gyrator变换 gyrator变换全息图 gyrator变换快速算法 相移数字全息 图像加密 Gyrator transform Gyrator transform hologram Fast algorithm of gyrator transform Phase-shifting digital hologram Image encryption
1 重庆工商大学 计算机科学与信息工程学院， 重庆 400067
2 重庆大学 物理学院，重庆 400030
为了研究gyrator 变换在光学信息处理中的应用，提出了一种采用两次快速傅里叶变换实现快速计算gyrator 变换的新算法。在量纲归一化条件下，研究了gyrator变换离散化过程，获得了空域、傅里叶变换域和gyrator变换域的采样间隔，形成了一种能避免尺度变换的算法。采用该算法进行了数值模拟实验，实验结果与相关文献中报道的计算结果一致。结果表明，该算法可以应用于gyrator变换的研究中。
信息光学 数值算法 快速傅里叶变换 gyrator变换 量纲归一化 information optics numerical algorithm fast Fourier transform gyrator transform dimensional normalization
