基于全息加密技术与密文压缩的光学解密图像验证系统研究

Optical authentication is one of the most important topics in optical information processing field, however the existing work still has some limits or concerns, such as no systematic analyses, complicated optical path, lackage of theoretical proofs and low variety. This proposal will focus on development of optical decrypted-image authentication system based on holographic encryption technologies and ciphertext compression, and will systematically study optical decrypted-image authentication methods from theoretical aspects. Firstly, optical image encryption systems are developed based on holographic technologies, and performance of various phase-only ciphertext generation algorithms will be systematically investigated and compared. Subsequently, several strategies are designed and applied for compressing the extracted phase-only ciphertext, and scientificalness of compression ratios will also be theoretically studied. Finally, accuracy and robustness of the proposed optical decrypted-image authentication methods will be investigated. The applicant's research group has much research experience on optical theories, optical imaging, optical image encryption and phase retrieval algorithms. A combination of holographic encryption technologies and ciphertext compression strategies will not only resolve the existing scientific problems, but also play an important role for the theoretical studies related to optical authentication. In addition, the study in this proposal can also provide a promising reference for systematically establishing and analyzing other optical decrypted-image authentication systems using different optical technologies.

光学验证是光学信息处理领域的一个重要研究方向，但是目前所做的工作仍然存在着一些局限或不足，如缺乏系统性的分析、使用复杂光路、缺乏有效的理论依据以及缺乏多样性等。本项目提出基于全息加密技术与密文压缩的光学解密图像验证系统，将在理论上系统性地研究分析光学解密图像验证原理与方法。首先利用数字全息与计算全息建立起各种光学图像加密系统，在此基础之上系统性地分析各种相位密文产生方法的优劣性；然后设计压缩策略对所提取的相位密文进行压缩操作，并且在理论上分析密文压缩比例的科学性；最后研究光学解密图像验证算法以及分析其准确性与鲁棒性。本课题组已经在光学基础理论、光学成像、光学图像加密与相位提取等研究领域上积累了丰富的经验。将全息加密技术与密文压缩思想相结合来解决目前所存在的科学问题，不仅具有重要的理论意义，而且可以对基于其它光学技术的光解密图像验证系统的建立与系统化的分析提供一些借鉴作用。

本项目所研究的信息安全系统主要利用了光学的基本原理。本项目的研究目的主要是在理论上进行系统性的研究从而能够利用全息加密技术与密文压缩策略所产生的压缩相位作为密文以及开展光学解密图像验证。首先利用数字全息与计算全息建立起各种光学图像加密系统，在此基础之上系统性地分析了各种相位密文产生方法的优劣性；然后设计了压缩策略对所提取的相位密文进行压缩操作，并且在理论上分析了密文压缩比例的科学性；最后研究了光学解密图像验证算法以及分析其准确性与鲁棒性。本项目执行过程中顺利地达成了所计划的所有研究目标，并且完成了所计划的所有研究内容以及取得了一系列重要研究结果：1) 在理论上进行了系统性的研究从而能够利用全息加密技术与密文压缩策略所产生的压缩相位作为密文以及开展光学解密图像验证。2) 为基于数字全息的光学图像加密体系之上的光学解密图像验证系统提供了理论分析方法以及科学判据。3) 为基于计算全息的光学图像加密体系之上的光学解密图像验证系统提供了理论分析方法以及科学判据。在此NSFC青年科学基金项目的资助下，在3年项目执行期内项目组已经取得了一系列的重要研究成果，按照之前的计划完成了所有研究目标与研究内容，有效地解决了研究领域内所存在的一些关键的科学问题，取得了此项目的所有预期研究结果，并且按照项目的预算与有关规定来使用该项目经费。在此NSFC青年科学基金项目的资助下，项目组发表了15篇国际期刊论文与12篇国际学术会议论文。在此NSFC青年科学基金项目的资助下，正培养2位博士研究生以及已经培养了1位硕士研究生，并且培育了一支光学信息安全研究团队。将全息技术与密文压缩思想相结合来解决基于光学图像加密的光学解密图像验证系统所存在的科学问题，不仅具有重要的理论意义，而且可以对其它光学解密图像验证系统的建立与系统性的分析提供一些借鉴作用。本项目所研究的光学信息安全系统具有一些独特的应用背景，比如护照查验、数据存储与通讯等。