Optical Image encryption based on apertured FrMT in the Diffraction domain

par Mengmeng Wang

Thèse de doctorat en Traitement du Signal et des images

Sous la direction de Yannis Pousset, Clency Perrine et de Nanrun Zhou.

Le président du jury était Philippe Carré.

Le jury était composé de Yannis Pousset, Clency Perrine, Nanrun Zhou, François-Xavier Coudoux.

Les rapporteurs étaient Christophe Charrier, Zhengjun Liu.

  • Titre traduit

    Cryptographie d'images optique utilisée dans l'ouverture FrMT du domaine de diffraction


  • Résumé

    Cette thèse se concentre sur l'étude de l'introduction de l'ouverture dans la transformation frationnelle de Mellin (TFrM) dans le domaine de diffraction et son application dans le système de cryptage d'images optiques. La faisabilité des schémas de cryptage proposés est vérifiée par une série de simulations numériques. Les travaux principaux sont les suivants:Tout d'abord, un système de cryptage d'images optiques basé sur la transformation fractionnelle de Mellin avec une ouverture dure (TFrM à ouverture dure) a été proposé. La TFrM à ouverture dure peut être effectuée par la transformation log-polar et la transformation fractionnelle de Fourier à ouverture dans le domaine de diffraction. Les longueurs latérales de l'ouverture dure servent de clé pour améliorer la sécurité et augmenter encore l'espace clé du système de cryptage. Cette ouverture dure n'est pas seulement utilisée pour contrôler la quantité de lumière passant la lentille en ajustant sa taille, mais réduit également la fuite de lumière, ce qui, dans une certaine mesure, améliorera la robustesse contre les attaques directes.Deuxièmement, l'ouverture gaussienne, comme une ouverture douce pour équilibrer entre l'ouverture dure et aucune ouverture, est introduite dans la TFrM à ouverture. Avec la TFrM à ouverture gaussienne dans le domaine de diffraction, une transformation de préservation de la réalité est proposée et utilisée pour cryptage d'images. Dans ce schéma de cryptage pour l'image en niveaux de gris, la transformation d’Arnold et l'opération d’XOR bitwise sont également adoptées pour cypter l'image afin d'améliorer la sécurité.Enfin, l'algorithme de cryptage basé sur la TFrM à ouverture gaussian et de préservation de la réalité (TFrMOGPR) utilisé pour l'image couleur est proposé. Outre TFrMOGPR non linéaire, rotation de l'espace couleur, avec brouillage 3D et XOR opération bitwise rend l'algorithme de cryptage d'image de couleur proposé bien performer.Les résultats de la simulation ont montré que les systèmes de cryptage proposés sont capables de résister à différentes attaques communes et robustes contre les attaques de bruit et d'occlusion.


  • Résumé

    This thesis focuses on the study of introducing the aperture into FrMT in diffraction domain (FrMT) and its application in optical image encryption system. The feasibility of the proposed encryption schemes is verified by a series of numerical simulations. The main work is as follows:Firstly, an optical image encryption scheme based on the fractional Mellin transform with a hard aperture has been proposed. The apertured fractional Mellin transform (apertured FrMT) can be performed through the log-polar transform and the apertured fractional Fourier transform in diffraction domain. The side-lengths of the hard aperture serve as a key to improve the security and further increase the key space of the encryption system. This hard aperture is not only used to control the amount of light passing the lens by adjusting its size, but also reduces the leakage of light, which will, to some extent, enhance the robustness against direct attacks.Secondly, the Gaussian aperture, as a soft aperture for balancing between hard aperture and no aperture, is introduced into the apertured FrMT. With the Gaussian apertured FrMT in diffraction domain, a reality-preserving transform is proposed and used for image encryption. In this encryption scheme, for gray image, the Arnold transform and the bitwise XOR operation are also adopted to encrypt the image in order to enhance the security.Finally, the encryption algorithm based on Gaussian apertured reality-preserving FrMT (GARPFrMT) used for color image is proposed. Besides, nonlinear GARPFrMT, color space rotation, together with 3D scrambling and bitwise XOR operation make the proposed color image encryption algorithm have good performance.The simulation results have shown that the proposed encryption schemes are capable of resisting different common attacks and robust against noise and occlusion attacks.


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