一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统技术方案

本发明专利技术公开的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，属于光学仪器技术领域。本发明专利技术包括相位截断傅里叶变换加密模块和二维经验模态分解模块。相位截断傅里叶变换加密模块用于对携带物体信息的平面波进行非对称加密处理，提取相位作为两个相位私钥。二维经验模态分解加密模块对一重实值加密图像进行二维经验模态分解，将其分解为多个分量，选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像，提高密钥空间的维度。本发明专利技术能够提高光学加密系统的抗统计攻击能力和抗迭代攻击能力，提高非对称集成光学加密系统的安全性和鲁棒性。本发明专利技术结合液晶空间光调制器辅助控制实现纯光学的非对称集成光学加密系统，提升加密系统的灵活性和精确性。灵活性和精确性。灵活性和精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统


[0001]本专利技术涉及一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，尤其适用于光学加密、光信息隐藏以及光学认证等信息安全领域，属于光学仪器


技术介绍

[0002]光学加密技术由于其并行信号处理和高维波前的调整能力，受到了信息安全领域和光学领域越来越多的关注。自1995年基于双随机相位编码的光学加密系统被提出以来，已经开发了许多基于双随机相位编码但采用不同变换域的光学加密系统，如：分数傅里叶变换光学加密系统、菲涅尔衍射光学加密系统、线性正则化光学加密系统等等。但由于这些系统固有的线性和对称性，因此很容易受到特定攻击手段的破解，且变换域对应光学器件价格昂贵，实用性差，难以得到有效推广。
[0003]国内与本专利技术相似的专利有“一种基于柱面衍射变换和等效模分解的非对称光学图像加密方法”，专利号CN201811212721.3，该专利采用模分解原理进行密码系统构建，但其本质是将经过柱透镜加密后的复振幅图像拆解为两张为复振幅掩模图像，按照特定公式计算等效膜分解的振幅作为密文，将第一个掩模的相位角作为公钥，将第二个掩模的相位角作为私钥，但模分解前需要对针对复振幅图像给定其中一个掩模的相位，再通过模分解规则分解得到另一个掩模，这个给定的相位作为公钥一旦被攻击者得知其对应的私钥也将相应得知，编码方式较为繁琐且安全性难以保障。此外，该专利虽然采用了模分解的概念，但并未就如何在实际光学系统中对复振幅图像进行等效模分解进行说明，等效模分解部分在计算机处理实现，即虚拟光学过程，并没有利用到实际光学系统进行光信息处理，整个加密
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解密的速度和效果主要依赖硬件性能，并未考虑到光学空间传输与处理的真实情况，无法实现光机系统的集成设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，利用相位截断傅里叶变换、二维经验模态分解实现对明文信息的二重加密，提高光学加密系统的抗统计攻击能力和抗迭代攻击能力，进而提高非对称集成光学加密系统的安全性和鲁棒性。在此基础上，结合液晶空间光调制器辅助控制实现纯光学的非对称集成光学加密系统，提升加密系统的灵活性和精确性。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，包括相位截断傅里叶变换加密模块和二维经验模态分解模块。所述相位截断傅里叶变换加密模块用于对携带物体信息的平面波进行非对称加密处理，提取相位作为两个相位私钥并得到一重实值加密图像。所述二维经验模态分解加密模块对一重实值加密图像进行二维经验模态分解，将其分解为多个分量，选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像，其余分量作为密钥，从而提高密钥空间的维度。
[0007]通过所述相位截断傅里叶变换加密模块对明文信息进行相位截断傅里叶变换，对携带物体信息的平面波进行非对称加密处理，入射的平行平面光束在空域上实现[0,2π]的随机相位叠加，随后提取傅里叶变换后的复振幅的相位作为私钥，保留复振幅的振幅继续传播。所述保留复振幅的振幅在频谱面实现[0,2π]的随机相位叠加，随后经过逆傅里叶变换到空域，对逆傅里叶变换到空域后的平行平面光束提取此时复振幅的相位作为私钥，保留复振幅的振幅部分作为一重实值加密图像。通过二维经验模态分解加密模块对相位截断傅里叶变换加密模块输出的一重实值加密图像进行二维经验模态分解，将所述一重实值加密图像分解为多个分量，选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像，其余分量作为密钥。通过引入二维经验模态分解加密模块不仅能够有针对性地对所述一重实值加密图像进行分解，而且能够生成分量密钥增加非对称光学加密系统的密钥空间维度，提高光学加密系统的抗迭代攻击能力。利用二维经验模态分解加密模块中的液晶空间光调制器提升加密系统的灵活性和精确性。密钥包括由相位截断傅里叶变换加密模块产生的随机相位密钥和由二维经验模态分解产生的各分量密钥，两种密钥分别作为非对称光学加密系统的私钥和公钥。明文信息经过相位截断傅里叶变换加密模块和二维经验模态分解加密模块二重加密，获得符合白噪声统计特性的稳定二重加密图像，提高光学加密系统的抗统计攻击能力和抗迭代攻击能力，进而提高非对称集成光学加密系统的安全性和鲁棒性。
[0008]利用计算机通过虚拟光学过程对复振幅加密图像进行分解的光学加密系统，无法基于纯光学光路实现。本专利技术所述相位截断傅里叶变换加密模块输出的一重加密图像为实值图像，所述二维经验模态分解加密模块能够针对一重实值加密图像进行分解，并将计算机分解得到的各分量载入液晶空间光调制器，平行平面光束在经过各个液晶空间光调制器时都减少相应分量，输出的平面光波只携带信息量最少的分量信息，从而实现二重加密。所述相位截断傅里叶变换加密模块、二维经验模态分解加密模块基于纯光学光路、虚拟光学实现均可，作为优选，所述相位截断傅里叶变换加密模块、二维经验模态分解加密模块基于纯光学光路实现。
[0009]所述相位截断傅里叶变换加密模块，包括激光器光源、光束扩束器、第一随机相位板、第一傅里叶透镜、第二随机相位板、第二傅里叶透镜，激光器光源发出的窄束激光经过光源扩束器扩束和准直后形成较大口径的平行平面光束，输出的平行平面光束进入相位截断傅里叶变换加密模块进行非对称加密处理，第一傅里叶透镜、第二傅里叶透镜构成常规的4f光学信息处理系统，两块相互独立且符合白噪声分布的第一随机相位板、第二随机相位板对信息的空域和频域进行相位调制，分别置于第一傅里叶透镜的前焦面和频谱变换面作为相位截断傅里叶变换加密模块的重要组件，并提取其相位作为非对称光学加密系统的私钥，保留其振幅作为一重加密图像输出。
[0010]所述二维经验模态分解加密模块，包括第一液晶空间光调制器、第二液晶空间光调制器、第三液晶空间光调制器，CCD探测器，将经过相位截断傅里叶变换加密模块的一重加密图像看做是一个二维信号，对其进行二维经验模态分解后得到多个分量，选取信息量最少的分量图像作为最终的密文，其余分量作为非对称光学加密系统中的公钥，分别载入第一液晶空间光调制器、第二液晶空间光调制器、第三液晶空间光调制器，平行平面光束在经过各个液晶空间光调制器时都减少相应分量，最终输出的平面光波只携带信息最弱的分量，并由CCD探测器进行接收，得到二重加密图像。
[0011]本专利技术公开的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统的工作方法为：激光器光源作为光学加密系统的相干光源发出口径较小的细激光束；光源扩束器由光焦度为正的准直扩束透镜组组成，窄束激光经光源扩束器扩束准直后形成较大口径的平行平面光束，进入相位截断傅里叶变换加密模块；相位截断傅里叶变换加密模块主要是由第一随机相位板、第一傅里叶透镜、第二随机相位板、第二傅里叶透镜组成的4f光信息处理系统，其中第一随机相位板位于第一傅里叶透镜的前焦面，第二随机相位板位于第一傅里叶透镜的频谱面，两块随机相位板相互独立且符合随机白噪声分布，入射的平行平面光束通过第一随机相位板，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，其特征在于：包括相位截断傅里叶变换加密模块和二维经验模态分解模块；所述相位截断傅里叶变换加密模块用于对携带物体信息的平面波进行非对称加密处理，提取相位作为两个相位私钥并得到一重实值加密图像；所述二维经验模态分解加密模块对一重实值加密图像进行二维经验模态分解，将其分解为多个分量，选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像，其余分量作为密钥，从而提高密钥空间的维度。2.如权利要求1所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，其特征在于：通过所述相位截断傅里叶变换加密模块对明文信息进行相位截断傅里叶变换，对携带物体信息的平面波进行非对称加密处理，入射的平行平面光束在空域上实现[0,2π]的随机相位叠加，随后提取傅里叶变换后的复振幅的相位作为私钥，保留复振幅的振幅继续传播；所述保留复振幅的振幅在频谱面实现[0,2π]的随机相位叠加，随后经过逆傅里叶变换到空域，对逆傅里叶变换到空域后的平行平面光束提取此时复振幅的相位作为私钥，保留复振幅的振幅部分作为一重实值加密图像；通过二维经验模态分解加密模块对相位截断傅里叶变换加密模块输出的一重实值加密图像进行二维经验模态分解，将所述一重实值加密图像分解为多个分量，选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像，其余分量作为密钥；通过引入二维经验模态分解加密模块不仅能够有针对性地对所述一重实值加密图像进行分解，而且能够生成分量密钥增加非对称光学加密系统的密钥空间维度，提高光学加密系统的抗迭代攻击能力；利用二维经验模态分解加密模块中的液晶空间光调制器提升加密系统的灵活性和精确性；密钥包括由相位截断傅里叶变换加密模块产生的随机相位密钥和由二维经验模态分解产生的各分量密钥，两种密钥分别作为非对称光学加密系统的私钥和公钥；明文信息经过相位截断傅里叶变换加密模块和二维经验模态分解加密模块二重加密，获得符合白噪声统计特性的稳定二重加密图像，提高光学加密系统的抗统计攻击能力和抗迭代攻击能力，进而提高非对称集成光学加密系统的安全性和鲁棒性；利用计算机通过虚拟光学过程对复振幅加密图像进行分解的光学加密系统，无法基于纯光学光路实现；本发明所述相位截断傅里叶变换加密模块输出的一重加密图像为实值图像，所述二维经验模态分解加密模块能够针对一重实值加密图像进行分解，并将计算机分解得到的各分量载入液晶空间光调制器，平行平面光束在经过各个液晶空间光调制器时都减少相应分量，输出的平面光波只携带信息量最少的分量信息，从而实现二重加密。3.如权利要求2所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，其特征在于：所述相位截断傅里叶变换加密模块、二维经验模态分解加密模块基于纯光学光路实现。4.如权利要求2或3所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，其特征在于：所述相位截断傅里叶变换加密模块，包括激光器光源(1)、光束扩束器(2)、第一随机相位板(3)、第一傅里叶透镜(4)、第二随机相位板(5)、第二傅里叶透镜(6)，激光器光源(1)发出的窄束激光经过光源扩束器(2)扩束和准直后形成较大口径的平行平面光束，输出的平行平面光束进入相位截断傅里叶变换加密模块进行非对称加密处理，第一傅里叶透镜(4)、第二傅里叶透镜(6)构成常规的4f光学信息处理系统，两块相互独立且符合白噪声分布的第一随机相位板(3)、第二随机相位板(5)对信息的空域和频域进行相位调制，分别置于第一傅里叶透镜(4)的前焦面和频谱变换面作为相位截断傅里叶变换加密模块的重要
组件，并提取其相位作为非对称光学加密系统的私钥，保留其振幅作为一重加密图像输出；所述二维经验模态分解加密模块，包括第一液晶空间光调制器(7)、第二液晶空间光调制器(8)、第三液晶空间光调制器(9)，CCD探测器(10)，将经过相位截断傅里叶变换加密模块的一重加密图像看做是一个二维信号，对其进行二维经验模态分解后得到多个分量，选取信息量最少的分量图像作为最终的密文，其余分量作为非对称光学加密系统中的公钥，分别载入第一液晶空间光调制器(7)、第二液晶空间光调制器(8)、第三液晶空间光调制器(9)，平行平面光束在经过各个液晶空间光调制器时都减少相应分量，最终输出的平面光波只携带信息最弱的分量，并由CCD探测器(10)进行接收，得到二重加密图像。5.如权利要求4所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统，其特征在于：激光器光源(1)作为光学加密系统的相干光源发出口径较小的细激光束；光源扩束器(2)由光焦度为正的准直扩束透镜组组成，窄束激光经光源扩束器(2)扩束准直后形成较大口径的平行平面光束，进入相位截断傅里叶变换加密模块；相位截断傅里叶变换加密模块主要是由第一随机相位板(3)、第一傅里叶透镜(4)、第二随机相位板(5)、第二傅里叶透镜(6)组成的4f光信息处理系统，其中第一随机相位板(3)位于第一傅里叶透镜(4)的前焦面，第二随机相位板(5)位于第一傅里叶透镜(4)的频谱面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，吴郁楠，纪钟晔，黄翼，郭欣然，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：