纯相位光学防伪掩模设计的相位恢复算法研究

摘要

高新技术在促进社会进步、推动经济快速发展的同时，利用高科技伪造各种证件、信用卡、大额票据等进行诈骗的案例也与日俱增，给国家和个人造成极大的经济损失，并带来严重的社会影响。因此增强信用卡等各类重要证件本身的防伪能力，不断寻求新的、安全可靠的防伪技术，一直是信息安全领域中的重要研究课题。
　　 在传统防伪技术日益面临挑战的今天，基于随机相位编码技术的光学安全系统以其独特的安全防伪特性和加密手段引起了信息安全工作者的广泛关注，有效推动了光学信息安全技术水平的提高。本论文的主要工作就是围绕随机相位编码技术的编码理论及系统安全性等方面存在的一些问题进行了深入研究，力图在现有光学防伪掩膜制作工艺基础上，在同等相位量化条件下通过改进编码方法尽可能提高解码图像的峰值信噪比;同时在编码过程中引入“一次一密”混沌秘钥，使制作得到的防伪掩膜除具有常规强度探测器难以感知的固有安全特性外，在算法级别上保证了系统的安全性，提高了防伪掩膜抵抗已知明文攻击、抵抗拷贝类攻击的能力。本文主要研究内容包括:
　　 (1)简要介绍了纯相位衍射光学元件的制作工艺及编码方法。对包括G-S、POCS等几种经典纯相位光学掩膜的迭代相位恢复算法进行了详细分析与讨论。并尝试基于模拟退火及遗传算法讨论了相位掩膜的制作过程。经计算机仿真验证了各算法在图像质量恢复方面的性能，为进一步算法的改进提供了理论与实验基础。
　　 (2)在对传统相位恢复算法进行详细分析的基础上，利用模拟退火算法能进行全局搜索的特点，提出了两种改进的纯相位掩膜制作方法，即SA-GS算法和SA-POCS算法。计算机仿真结果表明，两种算法均能快速地恢复各种输入面光场的相位分布。与单纯的GS算法与POCS算法相比，改进算法的图像恢复质量均得到不同程度的提升，提高了解码图像的峰值信噪比。
　　 (3)为进一步提高系统的防伪性能，在改进的SA-GS算法和SA-POCS算法编码过程中引入混沌密钥，利用混沌系统对初值的敏感性，实现了一定意义下的“(一)次一密”。计算机仿真结果表明，该方法可有效抵抗已知明文攻击，提高了系统的安全性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状综述

1．3 课题的研究内容

第2章 纯相位衍射光学元件的设计和制作

2．1 衍射光学元件

2．1．1 衍射光学元件的基本概念、性能和特点

2．1．2 衍射光学元件的制作及发展前景

2．2 相位信息的重要作用

2．3 基于迭代相位恢复算法的光学掩模的设计

2．3．1 迭代算法的一般性原理

2．3．2 相位型衍射光学元件的设计

2．4 相息图的制作

2．4．1 相息图的制作方法

2．4．2 量化对相息图的影响

2．5 本章小节

第3章 制作相位防伪掩膜的经典相位恢复算法

3．1 G-S算法

3．1．1 G-S算法原理

3．1．2 G-S算法的计算机仿真

3．1．3 不同量化方式对迭代结果产生的不同影响

3．2 POCS算法

3．2．1 POCS算法原理

3．2．2 用POCS算法实现图像恢复的仿真

3．3 模拟退火算法

3．3．1 模拟退火算法的原理

3．3．2 用SA算法实现图像恢复的仿真

3．4 基本遗传算法

3．4．1 遗传算法的概念

3．4．2 遗传算法的基本流程

3．4．3 遗传算法的计算机的仿真

3．5 本章小结

第4章 改进的迭代相位恢复算法

4．1 基于模拟退火的改进SA-GS相位恢复算法

4．1．1 SA-GS联合算法的基本原理

4．1．2 实验结果及分析

4．2 基于模拟退火的改进SA-POCS算法

4．2．1 SA-POCS算法的基本原理

4．2．2 实验结果及分析

4．3 其他的联合算法

4．4 本章小节

第5章 基于混沌密钥的相位恢复算法

5．1 混沌系统的密码学特征

5．1．1 混沌系统的简要描述

5．1．2 混沌的密码学特征

5．2 基于Logistic映射的“一次一密”加密体制

5．2．1 Logistic映射

5．2．2 Logistic混沌伪随机均匀化密钥流的设计

5．2．3 “一次一密”加密算法的设计

5．3 基于混沌密钥的SA-GS联合算法

5．3．1 计算机仿真验证

5．4 基于混沌密钥的SA-POCS算法设计

5．4．1 计算机仿真验证

5．5 程序操作界面设计

5．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

研究生履历