鬼成像的光学信息安全技术研究

杨丽莎

【摘要】随着社会的不断发展与进步，在光学信息领域已经研发出一种全新的加密方案，即鬼成像，由于鬼成像的加密系统当中，进行了一定的优化与改进，这就使得在鬼成像的安全技术这一块，也必须得到对应的加强。本文就对鬼成像的光学信息安全技术进行分析，供参考。

【关键词】鬼成像;光学信息安全技术

引言

在当今社会，信息化已经深入了人们的生活中，并成为了人们工作、生活无法缺少的工具之一，但是，在这种环境下，也有着一定的劣势，从信息安全的角度上来讲，如果信息被不法分子盗取了，那么结果是不堪设想的，因此，必须开发出更多更为优秀且有效的加密设备，而鬼成像就应运而生了。在市场中已有的加密设备中，大多数的加密结果都是以振幅的形式出现的，这就意味着在对文件或资料加密的时候需要另外的装置，从而增强了系统的复杂程度。而鬼成像作为一种图像式的加密设备，将这些繁琐的流程都进行了改善，将压缩鬼成像技术和正弦鬼成像技术集为一体，从而促进了该技术更好的发展前景。

一、鬼成像概论

鬼成像又被称之为量子关联成像，从客观上来讲，这是一种比较间接的成像方法，先把光映射在事物身上，再通过这些光来预测透过事物的光和映射在事物上的光束的关系，从而恢复原本完整的事物。和传统的成像方式相比较，鬼成像不用涉及到太过繁琐的辅助设备，只需要涉及到一个没有空间分辨的单像素探测器，而该探测器可以通过事物本身去看到图像，该成像方式在一定程度上避免了光能的倾斜分配，使得可以均匀的分配，而这也在一定程度上提升了物体的光信号，以此来降低测量过程当中可能发生的一系列危害。往往很多时候，正是因为在测量的时候出现了很多的不可测危害，使得最终的测量结果被严重影响到了，其真实性也得不到保障。而在使用鬼成像的时候，其像质和光场的质量、测量次数有着直接的关系，然而传统的成像设备结果如何和光源有着直接的关系，两者的区别也逐渐突显出来了。从原理的角度来看，也有着很大的差距，正是因为这种差距，使得鬼成像方法比传统方法更有效很多，而鬼成像在低辐射这一块有着更多的优势，这也是鬼成像方式得以专业领域青睐的原因。并且，在鬼成像中的可见光波段方面，其可以通过对事物进行映射，从而看出其事物的平面光场分布情况，然而，因为在使用上是使用的X射线，就使得在波段上很难找到适合的分光器件，因此，到目前位置，雖然实现了鬼成像，但是要想彻底的实现X射线鬼成像还是比较有难度的。假如专业领域使用传统的x光分光，那么就可能导致在使用过程当中会涉及到比较强的X射线源，而这种形式对于X射线鬼成像也提出了更高的需求，实现起来更为困难。所以，在我国专业领域的实践中，其实践结果都是在大型同步辐射源的基础上建立的，但是，因为在进行数据采集的时候，难免会产生一定的震动，这就使得最终的实践结果会被造成一定的干扰，其成像效果是十分差的，不符合使用需要，而这也不是真正意义上的成像。

二、鬼成像的光学信息安全技术

（一）加密过程

鬼成像对于距离有着比较特殊的敏感性，计算鬼成像就是指通过专业的调控设备将一些相位带入进去，并在特殊的空间内进行传输来获得散斑光场，并且，对赝热光源进行模拟。其具体示意图如图1所示。

把一些等待加密的图像分别表示为Oj（x，y）（j=1，…，n），在对j进行加密的时候，先把0j独立的放在一个地方，再分别将很多个不一样的随机相位引入进来，因而就可以得出以下公式（1）：

然后再把Oj从路径上面拿开，再将其放在路径的中间距离段上面，分别将Rk（u，v）（k=1，…N）等随机相位带入进来，从而来对第二幅图像进行加密，把专业探测器所计算出来的强度用Bj+1，k（k=1，…，N）来表示，再引入对应的相位，从而实现对所有图像的加密过程，最终的加密结果用Bj（j=1，…，n）来表示，再将其进行总结，得到最终的密文（2）：

对于计算鬼成像来说，这个过程完全可以在计算机设备上面完成，并且，为了能够对所有的图像都实现解密，可以把密钥放置到SLM上面，并同时，将专业探测器放到对应的地点，而探测器所检测到的光强度则是公式1当中的光强度是一致的。在对第j幅图像进行解密之后就会发现其解密结果什么，如公式（3）所示：

在公式（3）当中，<.>=（I/N）是指的多次测量之后的均衡数值，在公式（2）当中所说的j=1就是其正确且主要的解密效果，也由此可以得出公式（4）：

这个方案在最后进行加密的时候，其密文其实是一个强度的指量，并且，整个加密的过程都会涉及到有关的数据，而加密系统是不需要任何的方式来对密文进行加载与记录的，所以，从这一角度来看，如果密文是以振幅的形式出现的，就很难达到解密的效果，而鬼成像的展现方式更为简单一些。

（二）模拟结果

有关研究者在实际的模拟过程当中，可以通过数值模拟方法来进行实践，在使用鬼成像进行加密的时候，先使用数值模拟方法将各个图像之间的距离计算出来，再选择最为合理且科学的方法来进行加密。在完成之后，还必须再进行一次模拟才能够确定图像的加密安全性等特征是否符合要求。首先，研究人员可以选择一个大小是50x50的像素二值图像进行实验，将其放在对应的设备当中，从而看出对于成像质量的影响因素，把图像测量的数量定义为是N = 5000，z=5x10-2米，假如Ozo是2x10-4米，那么鬼成像的结构如图2所示。

从图2当中可以看出，鬼成像的质量和△zo有着非常密切的关系，当Ozo增加或者是减少的时候成像质量也会有所波动，而如果波动太大的时候，就会严重影响到成像的清晰程度，从图像当中没有办法对信息进行获取，自然也无法将鬼成像的作用发挥出来。并    且，当△zo大于或等于1x10-3米的时候，鬼成像的结果可能会以白噪声的形式出现，这样的结果也是不能看出任何信息的。在实践时，由于考虑到了n=15幅50x50像素的二值图像，而光源的波长又是六百多米，如果各个图像的大小都是八毫米乘以八毫米，在测量多次之后结果是三万，把事物放在五厘米的地方，那么各个图像所摆放的位置间隔大约就是一厘米。每一幅图像之间的Oz都可以根据需求来取值，在对各个图像与原事物进行对照之后，分别对各幅图像的均衡值进行计算，而最终所得到的解密图像和原事物的差值大约在0.6及以下。很多时候，为了能够将串扰噪声进行有效的减少，将图像的质量提升上去，就可以使用专业的设备来进行处理，而对应的滤波结果如图3所示。

在实施滤波处理之后，解密图像和原图像之间的均衡值大约是0.87，就算通过滤波来提升解密图像的效率与质量，然而依旧可以看出的是，如果图像的数量是十五，在完全没有滤波的时候，还是可以看出原事物的信息，而这充分的说明了鬼成像的复用性。

结束语：在社会不断进步的今天，信息化的深入已经在社会中占据了重要的地位，为了全方位促进鬼成像的发展和进步，就必须加强其光学信息安全技术的研发与推广，在真正意义上造福于全人类。

参考文献：

[1]周贝. 光学信息变换技术在图像加密及数字水印中的应用研究[D].西安理工大学，2018.

[2]吴晶晶. 基于鬼成像的光学信息安全技术研究[D].哈尔滨工业大学，2016.

[3]梁文强. 基于计算鬼成像的光学加密和数字水印方法研究[D].南京邮电大学，2015.

[4]魏玲. 基于计算“鬼”成像的身份认证协议设计与研究[D].南京邮电大学，2014.