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基于Gyrator变换的图像加密研究

作　者: 张艳丽
导　师: 刘树田
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: Gyrator变换图像加密像素置乱双随机位相编码数字水印
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 69次
引　用: 1次
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内容摘要

光学信息处理具有容量大、速度快、并行性及装置简单等优点,并且信息可以被隐藏在诸如相位或空间频率等多种参数中,因此利用光学信息处理对光学图像进行安全加密是一种行之有效的方法。近年来,分数傅里叶变换作为新兴的数学变换备受人们重视,它在光学领域,信息处理等方面的优点逐渐被发现并得到广泛应用,尤其在图像加密方面的应用是其中比较热门的领域。而与此相比,同属于线性正则积分变换的Gyrator变换作为信息处理的手段还没有被大家所熟知。Gyrator变换和分数傅里叶变换一样是常规傅里叶变换的推广形式,从而进一步扩展了变换的种类。本文将傅里叶变换系统扩展到Gyrator变换系统,主要研究了以双随机相位编码技术和像素置乱技术为基础的基于Gyrator变换的光学图像加密方法。首先,简单回顾了光学图像加密技术的研究现状及发展趋势,重点介绍了其中有广泛应用的双随机位相编码加密技术。之后,讨论了Gyrator变换的数学物理特性,主要包括其定义、基本性质、光学实现方法及数值实现算法,为Gyrator变换的进一步应用作了理论上的准备。接着我们对单幅灰度图像和多幅图像使用不同的算法进行加密,随机设置多重密钥,且每重密钥都极其重要,使得破译的难度提高,因此图像加密的结果更加安全。最后用计算机模拟实验进行了验证。本文提出的基于Gyrator变换结合双随机相位编码技术,可实现多幅图像的加密,还有在Gyrator变换谱域添加数字水印的算法,在防伪及安全认证方面具有应用前景。最后对比分数傅里叶变换和Gyrator变换在图像加密方面的优劣,通过两种变换同时结合双随机相位编码技术对一幅灰度图像进行加密,然后比较解密结果,做出解密图像和原始图像的均方差曲线,比较出Gyrator变换更具灵活性和优越性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究意义  8-9
  1.2 Gyrator变换的提出  9-10
  1.3 光学图像加密的研究及发展状况  10-12
  1.4 本文研究的主要内容  12-14
第2章 Gyrator变换的数学物理特性  14-22
  2.1 Gyrator变换的定义  14-15
  2.2 Gyrator变换的性质  15-19
    2.2.1 算符的特点  16
    2.2.2 通常的变换对  16-18
    2.2.3 本征值与本征函数  18-19
  2.3 Gyrator变换的光学实现  19-20
  2.4 Gyrator变换的数值实现  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章基于Gyrator变换的图像加密  22-47
  3.1 Gyrator变换与图像加密  22-23
  3.2 单图像加密  23-27
    3.2.1 加密原理  23-24
    3.2.2 模拟结果及分析  24-27
  3.3 基于像素置乱和Gyrator变换的双重图像加密  27-31
    3.3.1 置乱思想  27-28
    3.3.2 加密思想  28-29
    3.3.3 计算机模拟结果及分析  29-31
  3.4 双图像加密  31-38
    3.4.1 加密思想  31-33
    3.4.2 模拟实验结果  33-35
    3.4.3 性能分析  35-38
  3.5 多图像加密  38-41
    3.5.1 多图像加密原理  38-39
    3.5.2 数值模拟和光学实现  39-41
  3.6 基于Gyrator变换的数字水印技术  41-45
    3.6.1 Gyrator变换与数字水印  41-42
    3.6.2 水印算法  42-43
    3.6.3 抗攻击性能分析  43-45
  3.7 本章小结  45-47
第4章基于GT和FrFT的图像加密算法  47-54
  4.1 基本思想  47-48
  4.2 模拟实验结果  48-50
  4.3 性能分析  50-53
  4.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-60
致谢  60

基于Gyrator变换的图像加密研究

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