摘要
众所周知，信息以明文形式传输时极易遭受不法分子的窃取、篡改。作为常见的信息载体，图像加密成为信息安全领域的一个重要分支。相比于传统成像，单像素成像技术在噪声、弱光条件下具有很大优势。傅里叶单像素成像作为一种典型的单像素成像技术，可以高质量地成像。然而，较长的测量时间和较多的测量数量依然是单像素成像应用中的劣势。针对以上问题，本文结合傅里叶单像素成像技术、光学处理技术和逻辑映射提出了图像认证和图像加密算法，主要内容如下： 1．提出了基于傅里叶单像素成像的多图像认证算法。经过上采样和二值化处理的低频傅里叶基图案均匀随机照射待加密的多幅图像。随机置乱投影顺序和单像素探测器收集到的强度值，确保在认证期间不能提取任何单图像信息。最后将强度值序列通过逻辑映射产生的混沌序列置乱并作为密文。解密认证时，通过计算恢复的混合图像与下采样的明文图像的非线性相关判断明文的存在。仿真实验表明，该方法实现了平均单幅图像1.33%采样率时的图像认证，并能够有效抵抗噪声攻击和闭塞攻击。 2．提出了基于傅里叶单像素成像和相位迭代的图像加密算法。明文图像与逻辑映射生成的随机矩阵执行按位异或运算。通过基于菲涅尔变换的相位迭代过程将异或后的图像编码为混合二值条码生成的目标图像。对二值条码进行两步相移傅里叶单像素成像，将采集到的强度值与同量级的随机强度值混合置乱后作为密文。该方法有效减少了单像素成像的测量次数。值得注意的是，当密文遭受低强度的闭塞攻击或噪声攻击时，该方法可以无损解密图像。大量仿真实验验证了算法的可行性、安全性和鲁棒性。 3．提出了基于傅里叶单像素成像和双随机相位编码的彩色双图像加密算法。两幅彩色明文图像通过加密的彩色傅里叶基图案和单像素成像技术被加密为灰度中间密文。经过拼接一置乱一分解过程后，将一幅图像通过相位迭代过程编码为纯相位掩模与另一幅使用双随机相位编码加密为实值密文。灰度实值密文减少了密文数量，隐藏了色彩信息。借助一个线性无关的系数矩阵重新计算输出和变换平面的相位密钥，解决了双随机相位编码加密图像时的易攻击性问题。同时，该方法通过了闭塞攻击、噪声攻击、选择明文攻击等鲁棒性测试。
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