复振幅编码与光学图像加密

本书主要内容涉及复振幅编码及光学图像加密的理论、方法和实验等。自双随机相位编码的概念和方法提出以来，光学图像加密已成为信息光学的重要研究内容之一。本书在介绍光学图像加密技术研究和发展概况的基础上，结合作者近年的研究工作，主要讲述了复振幅编码和光学图像加密。本书可作为光学工程、物理学（光学）等专业的高年级本科生和研究生教材，也可以作为相关领域科研人员的参考书。

前言
第1章 绪论 1
1.1 信息安全基本概念 1
1.1.1 密码学 2
1.1.2 密码分析学 6
1.1.3 信息隐藏 7
1.2 复振幅编码技术简介 9
1.2.1 基于双SLM的复振幅编码方法 9
1.2.2 基于单SLM的复振幅编码方法 10
1.3 光学信息安全技术简介 11
1.3.1 光学安全认证技术 11
1.3.2 光学图像加密技术 12
1.3.3 光学信息隐藏技术 13
1.4 图像加、解密效果评价 14
1.5 相位恢复算法 16
1.5.1 GS算法 17
1.5.2 误差减少算法 18
1.5.3 输入-输出算法 18
1.5.4 迭代角谱算法 19
1.5.5 杨-顾算法 19
参考文献 20
第2章 复振幅编码技术 31
2.1 SLM简介 31
2.2 SLM编码复振幅实现光波调制方法概述 32
2.2.1 双SLM级联耦合编码复振幅调制光波 33
2.2.2 单SLM编码复振幅调制光波 34
2.3 基于优化单像素编码的离散复振幅编码方法 38
2.3.1 单像素编码复振幅原理及实现装置 38
2.3.2 离散复振幅优化编码方法 41
2.3.3 仿真及结果分析 45
2.3.4 光学实验验证 48
2.4 基于傅里叶频谱相移干涉的复振幅编码方法 48
2.4.1 傅里叶频谱相移干涉原理 49
2.4.2 复振幅编码光学实现装置 49
2.4.3 仿真及结果分析 51
参考文献 54
第3章 典型双随机相位编码系统及攻击方法 57
3.1 基于4f系统的DRPE系统及攻击方法 57
3.1.1 基于4f系统的DRPE系统 57
3.1.2 针对DRPE系统的攻击方法 59
3.2 菲涅耳域DRPE系统及攻击方法 67
3.2.1 菲涅耳域DRPE系统 67
3.2.2 选择明文攻击 69
参考文献 71
第4章 基于联合变换相关器的光学图像加密系统及攻击方法 73
4.1 JTC光学图像加密系统 73
4.1.1 JTC结构及原理 73
4.1.2 JTC光学图像加密系统结构、原理及其特性仿真分析 74
4.2 JTC光学图像加密系统的扩展COA算法及其改进设计 82
4.2.1 JTC光学图像加密系统的扩展COA算法 82
4.2.2 JTC光学图像加密系统的改进设计 88
4.3 双光楔JFTC 95
4.3.1 相关器结构及其原理 95
4.3.2 仿真及特性分析 98
4.3.3 实验验证 101
4.4 双光楔JFTC光学图像加密系统 105
4.4.1 加、解密系统及原理 105
4.4.2 仿真及结果分析 109
4.4.3 解密图像质量优化 113
4.4.4 抗COA特性分析 117
4.5 双光楔JFTC光学图像加密系统的实验验证 118
4.5.1 双光楔JFTC光学图像加密实验装置及实验验证 119
4.5.2 基于PSLM编码的双光楔JFTC光学图像加密实验装置及实验验证 124
4.6 比累对切透镜JFTC 138
4.6.1 相关器结构及原理 139
4.6.2 仿真及特性分析 141
4.6.3 实验验证 143
4.7 BSL-JFTC光学图像加密系统 145
4.7.1 加、解密系统及原理 145
4.7.2 仿真及特性分析 148
4.7.3 BSL-JFTC光学图像加密实验装置及实验验证 150
4.8 安全增强的非线性JTC光学图像加密系统 154
4.8.1 非线性JTC光学图像加密系统 155
4.8.2 加、解密仿真及其特性分析 157
4.8.3 抗攻击能力分析 159
4.8.4 密文图像中非线性项滤除分析 167
参考文献 168
第5章 螺旋相位模板及其在光学图像加密中的应用 172
5.1 SPM及其设计 172
5.1.1 SPM简介 172
5.1.2 SSPM简介 173
5.2 SSPM密钥及其应用 175
5.2.1 使用SSPM密钥时JTC光学图像加密系统的加、解密实验 175
5.2.2 使用SSPM密钥或RPM密钥时DRPE系统的加、解密仿真及其特性比较 176
5.3 SPM-JTC光学图像加密系统及其特性分析 178
5.3.1 系统结构及加、解密原理 178
5.3.2 加、解密仿真及特性分析 179
5.3.3 使用SPM密钥或RPM密钥时，解密图像质量比较 181
5.3.4 密钥参量的敏感性分析 182
5.3.5 抗攻击特性分析 183
5.3.6 实验验证 184
5.4 基于拓扑荷数复用的SPM-JTC光学多图像加密系统 185
5.4.1 系统结构及加、解密原理 186
5.4.2 加、解密仿真 187
5.4.3 实验验证 190
5.5 基于非对称SPM旋转复用的JTC光学多图像加密系统 191
5.5.1 系统结构及加、解密原理 191
5.5.2 加、解密仿真 192
5.5.3 实验验证 194
参考文献 195
第6章 基于干涉原理和光矢量等幅分解的光学图像加密技术 197
6.1 基于干涉原理和光矢量等幅分解的光学非对称加密系统 197
6.1.1 基于干涉原理的光学图像加密系统简介 197
6.1.2 基于干涉原理和光矢量等幅分解的光学非对称加密系统结构、原理及其特性仿真分析 198
6.1.3 一种针对该光学非对称加密系统的迭代傅里叶变换攻击方法 206
6.2 基于干涉原理和光矢量等幅分解的光学非对称加密系统的改进设计 207
6.2.1 系统结构及加、解密原理 207
6.2.2 系统加、解密性能分析 209
6.2.3 安全性分析 211
6.2.4 鲁棒性分析 213
参考文献 214
第7章 矢量域光学图像加密技术 216
7.1 全息术和典型矢量光束生成方法介绍 216
7.1.1 数字全息与计算全息 216
7.1.2 典型矢量光束生成方法 217
7.1.3 RPM与RPOLM的加、解密特性比较 221
7.2 基于偏振数字全息的多密钥维度光学图像加密技术 224
7.2.1 基于同轴偏振数字全息的三密钥维度光学图像加密系统 224
7.2.2 基于离轴偏振数字全息的四密钥维度光学图像加密系统 232
7.2.3 矢量光束照明的JTC光学图像加密系统 239
7.2.4 矢量光束照明的JFTC光学图像加密系统 245
7.3 条件分解策略在光学非对称加密中的应用 252
7.3.1 条件分解策略及其数学描述 252
7.3.2 基于椭偏态截取与重构的光学非对称加密系统 253
7.3.3 基于椭偏光振幅重构的光学非对称加密系统 258
7.3.4 加、解密仿真及特性分析 261
7.3.5 基于矢量光束相干叠加的光学非对称加密系统 264
参考文献 269
第8章 光学多图像加密技术 272
8.1 基于随机振幅调制和角度复用的傅里叶变换全息多图像加密技术 272
8.1.1 单图像加、解密原理 272
8.1.2 多图像加、解密原理 274
8.1.3 仿真及结果分析 275
8.1.4 加密效果评价及解密误差分析 279
8.1.5 随机振幅密钥的生成 281
8.1.6 菲涅耳域及分数阶傅里叶变换域全振幅加密系统 281
8.2 基于级联光学分数傅里叶变换的光学多图像加密技术 283
8.2.1 加、解密原理 283
8.2.2 仿真及可行性分析 286
8.3 基于小波变换的光学多图像加密技术 288
8.3.1 加、解密原理 288
8.3.2 光学实现 289
8.3.3 仿真及结果分析 291
参考文献 293