Optical Encryption Techniques for Color Image and Hyperspectral Data
Techniques de chiffrement optique pour des images couleurs et des données hyperspectrales
Résumé
Optical information security is one of the most important research directions in information science and technology, especially in the field of copyright protection, confidential information transmission/storage and military remote sensing. Since double random phase encoding technology (DRPE) was proposed, optical image encryption technology has become the main topic of optical information security and it has been developed and studied deeply. Optical encryption techniques offer the possibility of high-speed parallel processing of two dimension image data and hiding information in many different dimensions. In this context, much significant research and investigation on optical image encryption have been presented based on DRPE or further optical operation, such as digital holography, Fresnel transform, gyrator transform. Simultaneously, the encrypted image has been extended from single gray image to double image, color image and multi-image. However, the hyperspectral image, as a significant element in military and commercial remote sensing, has not been deeply researched in optical encryption area until now. This work extends the optical encryption technology from color image to hyperspectral image. For better comprehension of hyperspectral image encryption, this work begins with the introduction and analysis of the characteristics of hyperspectral cube. Subsequently, several kinds of encryption schemes for color image, including symmetric and asymmetric cryptosystem, are presented individually. Furthermore, the optical encryption algorithms for hyperspectral cube are designed for securing both the spatial and spectral information simultaneously. Some numerical simulations are given to validate the performance of the proposed encryption schemes. The corresponding attack experiment results demonstrate the capability and robustness of the approaches designed in this work. The research in this dissertation provides reference for the further practicality of hyperspectral image encryption
La sécurité est un problème important dans la transmission et le stockage de l'image, tandis que le cryptage est un moyen d'assurer la sécurité qui est requise dans de nombreuses applications (télévision par câble, la communication d'images militaires, systèmes d'imagerie confidentielle, etc.). Toutefois, à l'instar du message texte, les données images présentent des caractéristiques spéciales telles que la haute capacité, la redondance et la haute corrélation entre les pixels, et nécessite souvent une transmission et des traitements temps réel pour certaines applications. Construire un système rapide et efficace de cryptographie d'images suscite un intérêt considérable. C'est dans ce contexte qu’ont été menés ces travaux thèse qui portent sur l’élaboration d’un corrélateur optique en termes de cryptage/décryptage des données pour son implémentation dans un montage optique innovant. L’objectif de ces travaux est de réaliser un système optique de chiffrement sur la base d'exploitation de transformation optique et de générateurs chaotiques. L'idée originale des travaux consiste à exploiter la non-linéarité des systèmes chaotiques comme clés de chiffrement pour les systèmes optiques de chiffrement d'images multispectrales. Dans ces travaux de thèse, nous avons proposés et évalués plusieurs chiffrements d'images à base d’un système hyperchaotique et de transformées optiques (gyrator, Fourier, Baker , Arnold et Gerchberg- Saxton) à partir d’un processus de cryptage reposant sur une décomposition composants RVB et un encodage dans un flux dimensionnel d’images couleurs. L'originalité des solutions de chiffrement adoptée reposent sur l'exploitation de signaux réellement aléatoires à travers la mise en œuvre de générateurs hyperchaotiques pour la génération de données aléatoires sous forme images comme base de matrices de clés de chiffrement. En effet, ces générateurs présentent des propriétés et des caractéristiques fondamentales en termes de cryptage car il présente une non-linéarité, une imprédictibilité et une extrême sensibilité aux conditions initiales les rendant très intéressantes pour le développement de clés de chiffrement par flot. L’algorithme mis en œuvre permet d'extraire en temps réel les caractéristiques de texture dans les différentes bandes spectrales d'images en vue d’évaluer et de détecter les teneurs potentielles en information et dont les transmissions doivent être sécurisée via une transmission optique