基于矢量分解及双随机相位编码设计了一种光学图像加密系统。通过矢量分解将原始图像分解为两个相位模板, 其中一个相位模板通过双随机相位编码系统进行加密, 另一个相位模板作为额外的密钥, 参与图像的解密, 通过与解密光束相干叠加恢复出原始图像。数值模拟表明, 所设计加密系统具有较好的加密和解密效果, 以及较强的抗噪声和剪切攻击能力。相较于双随机编码系统, 文中加密系统通过矢量分解增加了一个密钥, 拓展了系统密钥空间, 且矢量分解破坏了加密系统的线性关系, 加密系统能够抵御唯密文攻击、已知明文攻击及选择明文攻击, 具有较高的安全性。

针对单一特征模板保护算法效果较差以及存储前对模板保护不足等问题，提出一种多特征融合的人脸模板保护方法。该方法利用两种特征提取算法提取人脸不同的特征，实现多特征的融合保护，并在特征变换阶段将两种特征分别作为两个掩模，使用双随机相位掩模技术对原始图像进行加密。在存储前利用密钥生成思想从图像中直接获取密钥，并结合伴随矩阵性质，设计了一种改进分块幻方变换的置乱算法。为验证算法性能，采用ORL和EYaleB两个人脸数据库分别进行测试。结果表明，置乱算法的置乱度在ORL数据库可以达0.0194，在EYaleB数据库上可达0.0187，所提模板保护方法的识别率可分别达97.12%和96.90%。模板保护的三大特性不可逆性、可撤销性和不可链接性均表现良好。

为了保护图像隐私、解决光学图像加密对光学仪器精密度依赖度高的问题,提出了基于自动编码器的光学图像加密方法。该方法使用深度神经网络模拟双随机相位编码,通过在输入中加入目标随机图像模仿第一层随机相位模板,利用编码网络的卷积核模仿第二层随机相位模板。卫星图像实验结果表明,本文方法能有效地加密光学图像,直方图上密文图像像素点分布较为均匀。和基于CycleGAN的加密方法相比较,本文方法更简单,计算资源消耗更少,加密性能不受光学仪器性能的影响,加密后图像的峰值信噪比(PSNR)值下降了6.5745,水平、垂直和对角方向上相邻像素的相关系数绝对值分别低了0.110375,0.118625,0.01335,解密后图像的PSNR值上升了1.4075,结构相似性值高了0.0428。

提出了一种基于深度学习的光学水印重建方法, 通过双随机相位加密的方法实现水印的加密, 并将加密图像嵌入到宿主图像中, 然后利用原水印图像与含水印宿主图像之间的物理关系, 训练改进的神经网络FC-DenseNets-BC, 得到可以重建原水印图像的网络模型。在传统光学水印技术中, 含水印宿主图像质量和解密水印图像质量依赖于嵌入强度的选取(当嵌入强度较大时, 含水印宿主图像质量低, 解密水印图像质量高; 当嵌入强度较小时, 含水印宿主图像质量高, 解密水印图像质量低), 然而使用深度学习重建水印图像可以摆脱该依赖关系。研究结果表明, 在嵌入强度低至0.05的情况下, 所提方法仍能够重建出峰值信噪比在35dB以上的高质量水印图像, 且具有一定的泛化性、安全性和抵抗噪声、剪切的能力。并进一步通过光学系统实验验证了方法的可行性和高效性。

针对基于双随机相位振幅编码(DRPAE)技术的加密系统，提出了一种基于ResNet网络的已知明文攻击(KPA)算法。提出的攻击主要通过在残差网络中，利用一系列明文-密文振幅图像对数据集来完成训练集的制作。将明文-密文输入神经网络中进行训练可以让神经网络拟合从密文到明文的加密过程，独立于训练集之外的密文通过应用训练好的网络实现对原始图像的有效恢复处理，从而达到了攻击加密系统，实现对图像解密的效果。从理论上分析了该攻击方法的有效性和可行性，并通过计算机仿真进行了验证。

对于使用随机相位模板(RPM)作为密钥的双随机相位编码(DRPE)加密系统, 唯密文攻击算法(COA)是一种有效的攻击算法。为了提高DRPE加密系统抵抗COA算法攻击的能力, 提出了一种基于随机Radon变换的JTC加密系统。该系统对待加密图像进行随机Radon变换, 再使用JTC加密系统对其加、解密。除了DRPE加密系统中的RPM密钥之外, Radon变换参数亦被用作恢复原始图像的密钥。仿真结果表明, 相比于仅使用RPM密钥的DRPE加密系统, 基于随机Radon变换的DRPE加密系统可以有效抵抗COA算法攻击, 提高加密系统的安全性。

在双随机相位并行加密系统中, 多个图像之间的串扰噪声是获得高质量解密图像的主要挑战之一。为了解决传统双随机相位多图像并行加密系统的串扰噪声问题, 将快速响应码(QR码)作为数据容器, 提出了一种利用双随机相位并行加密系统进行多图像加密的无噪声图像恢复方案。仿真结果证明, 此方案可以有效地消除该系统多图像加密的串扰噪声问题。该方法具有获得无噪声解密图像, 抗噪声攻击鲁棒性好等优点。从实际的智能手机收集到的结果验证了方案的可行性。

为了提高光学图像加密系统中双随机相位编码加密技术的安全性, 提出了一种基于DNA编码与菲涅尔域DRPE的双重光学加密技术。对光学图像进行DNA编码, 通过DNA编码的加法运算与交叉操作对光学图像进行初步的置乱处理; 在菲涅尔域对像素进行双随机相位编码加密处理, 在加密过程中使用一个副图像生成两个混合相位模板; 将双随机相位编码加密的图像与两个随机矩阵的克罗内克乘积相乘, 获得最终的加密结果。仿真实验结果表明, 所提加密方案在加密过程中增加了密钥数量, 通过双重置乱处理增强了加密系统的抗攻击能力。

提出了一种快速反应(QR)码结合双随机相位加密系统及频分复用的多重水印方法。为了扩大水印容量, 首先将QR码的有效编码区域组合为新图像, 再将两幅组合后的图像分别作为实部与虚部, 构成双QR码复信号。在空间域和空间频率域用随机相位模板将复信号编码为复噪声形式的加密水印信号。对各组双QR码加密水印信号进行预处理及频分复用, 以产生多重水印。水印信号以冗余方式嵌入宿主图像经拉普拉斯分解后残差分量的中高频区域, 水印信号的恢复无需原始宿主图像, 可实现盲提取。仿真结果表明, 所提方法在缩放、滤波和旋转等方面表现出较好的稳健性, 对JPEG压缩、剪切、高斯噪声等也具有一定的稳健性。分析了复用容量及作为密钥的随机相位模板对重建水印质量的影响。

高清监控视频的加密传输是一个重要的研究领域,但是随着监控图像清晰程度不断提高,现行视频加密算法的运行开支面临着严峻的考验.因此对视频传输过程中使用光学加解密的可行性进行了探索,提出了基于液晶光阀和双随机相位编码的单通道视频光学加解密技术.该技术的加解密耗时几乎为零,极大提高了视频的传输性能;同时由于光学加解密技术只用在现有视频传输链路的最前端以及末端,不涉及视频编码和传输,增强了系统可用性和通用性.利用Matlab对该方法进行了仿真计算.结果表明,加密后的各通道图像接近白噪声,通过破解的方法恢复原图像的可能性几乎为零;同时可以看到,经过该系统解密之后的图像基本能完全复原.因此该方法在高清化视频日益普及的未来有着广阔的推广价值和应用价值.