(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210625195.3 (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 常军　吴郁楠　纪钟晔　黄翼　 郭欣然　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 邬晓楠 (51)Int.Cl. G06F 21/60(2013.01) G06F 21/62(2013.01) (54)发明名称 一种基于二维经验模态分解的非对称集成 光学加密系统 (57)摘要 本发明公开的一种基于二维经验模态分解 的非对称集成光学加密系统， 属于光学仪器技术 领域。 本发 明包括相位截断傅里叶变换加密模块 和二维经验模态分解模块。 相位截断傅里叶变换 加密模块用于对携带物体信息的平面波进行非 对称加密处理， 提取相位作为两个相位私钥。 二 维经验模态分解加密模块对一重实值加密图像 进行二维经验模态分解， 将其分解为多个分量， 选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像， 提高密钥空间的维度。 本发明能够提高光学加密 系统的抗统计攻击能力和抗迭代 攻击能力， 提高 非对称集 成光学加密系统的安全性和鲁棒性。 本 发明结合液晶空间光调制器辅助控制实现纯光 学的非对称集成光学加密系统， 提升加密系统的 灵活性和精确性。 权利要求书4页 说明书7页 附图3页 CN 114936375 A 2022.08.23 CN 114936375 A 1.一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统， 其特征在于： 包括相位截 断傅里叶变换加密 模块和二 维经验模态分解模块； 所述相位截断傅里叶变换加密 模块用于 对携带物体信息的平 面波进行非对称加密处理， 提取相位作为两个相位私钥并得到一重实 值加密图像； 所述二维经验模态分解加密模块对一重实值加密图像进行二维经验模态分 解， 将其分解为多个分量， 选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像， 其余分量作为密 钥， 从而提高密钥空间的维度。 2.如权利要求1所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统， 其特 征在于： 通过所述相位截断傅里叶变换加密模块对明文信息进行相位截断傅里叶变换， 对 携带物体信息的平面波进 行非对称加密处理， 入射的平行平 面光束在空域上实现[ 0,2 π]的 随机相位叠加， 随后提取傅里叶变换后的复振 幅的相位作为私钥， 保留复振 幅的振幅继续 传播； 所述保留复振幅的振幅在频谱面实现[0,2π]的随机相位叠加， 随后经过逆傅里叶变 换到空域， 对逆傅里叶变换到空域后的平行平面光束提取此时复振 幅的相位作为私钥， 保 留复振幅的振幅部 分作为一重实值加密图像； 通过二 维经验模态分解加密 模块对相位截断 傅里叶变换加密 模块输出的一重实值加密图像进 行二维经验模态分解， 将所述一重实值加 密图像分解为多个分量， 选择其中信息量最少的分量作为二重加密图像， 其余分量作为密 钥； 通过引入二 维经验模态分解加密 模块不仅能够有针对性地对所述一重实值加密图像进 行分解， 而且能够生成分量密钥增加非对称光学加密系统的密钥空间维度， 提高光学加密 系统的抗迭代攻击能力； 利用二 维经验模态分解加密 模块中的液晶空间光调制器提升加密 系统的灵活性和精确性； 密钥包括由相位截断傅里叶变换加密 模块产生的随机相位密钥和 由二维经验模态分解产生的各分量密钥， 两种密钥分别作为 非对称光学加密系统的私钥和 公钥； 明文信息经过相位截断傅里叶变换加密模块和二维经验模态分解加密模块二重加 密， 获得符合白噪声统计特性的稳定二重加密图像， 提高光学加密系统的抗统计攻击能力 和抗迭代攻击能力， 进 而提高非对称集成光学加密系统的安全性和鲁棒 性； 利用计算机通过虚拟光学过程对 复振幅加密图像进行分解的光学加密系统， 无法基于 纯光学光路实现； 本发明所述相位截断傅里叶变换加密模块输出的一重加密图像为 实值图 像， 所述二维经验模态分解加密模块能够针对一重实值加密图像进行分解， 并将计算机分 解得到的各分量载入液晶空间光调制器， 平行平 面光束在经过各个液晶空间光调制器时都 减少相应分量， 输出的平面 光波只携带信息量 最少的分量信息， 从而实现二重加密。 3.如权利要求2所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统， 其特 征在于： 所述相位截断傅里叶变换加密模块、 二维经验模态分解加密模块基于纯光学光路 实现。 4.如权利要求2或3所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统， 其 特征在于： 所述相位截断傅里叶变换加密模块， 包括激光器光源(1)、 光束扩束器(2)、 第一 随机相位板(3)、 第一傅里叶透镜(4)、 第二随机相位板(5)、 第二傅里叶透镜(6)， 激光器光 源(1)发出的窄束激光经过光源扩束器(2)扩束和准直后形成较大口径的平行平 面光束， 输 出的平行平面光束进入相位截断傅里叶变换加密 模块进行非对称加密处理， 第一傅里叶透 镜(4)、 第二傅里叶透镜(6)构成常规的4f光学信息处理系统， 两块相互独立且符合白噪声 分布的第一随机相位板(3)、 第二随机相位板(5)对信息的空域和频域进行相位调制， 分别 置于第一傅里叶透镜(4)的前焦面和频谱变换面作为相位截断傅里叶变换加密 模块的重要权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114936375 A 2组件， 并提取其相位作为非对称光学加密系统的私钥， 保留其振幅作为 一重加密图像输出； 所述二维经验模态分解加密模块， 包括第一液晶空间光调制器(7)、 第 二液晶空间光调 制器(8)、 第三液晶空间光调制器(9)， CCD探测器(10)， 将经过相位截断傅里叶变换加密模 块的一重加密图像看做是一个二维信号， 对其进行二维经验模态分解后得到多个分量， 选 取信息量最少的分量图像作为最终的密文， 其余分量作为非对称光学加密系统中的公钥， 分别载入第一液晶空间光调制器(7)、 第二液晶空间光调制器(8)、 第三液晶空间光调制器 (9)， 平行平面光束在经过各个液晶空间光调制器时都减少相应 分量， 最终输出的平面光波 只携带信息最弱的分量， 并由C CD探测器(10)进行接收， 得到二重加密图像。 5.如权利要求4所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统， 其特 征在于： 激光器光源(1)作为光学加密系统的相干光源发出口径较小的细激光束； 光源扩束 器(2)由光焦度为正的准直扩束透镜组组成， 窄束激光经光源扩束器(2)扩束准直后形成较 大口径的平行平面光束， 进入相位截断傅里叶变换加密模块； 相位截断傅里叶变换加密模 块主要是由第一随机相位板(3)、 第一傅里叶透镜(4)、 第二随机相位板(5)、 第二傅里叶透 镜(6)组成的4f光信息处理系统， 其中第一随机相位板(3)位于第一傅里叶透镜(4)的前焦 面， 第二随机相位板(5)位于第一傅里叶透镜(4)的频谱面， 两块随机相位板相互独立且符 合随机白噪声分布， 入射的平行平 面光束通过第一随机相位板(3)， 从而在空域上实现[ 0,2 π]的随机相位叠加， 随后通过第一傅里叶透镜(4)从空域进 行傅里叶变换来到频域， 随后提 取傅里叶变换后的复振 幅的相位作为私钥， 保留复振 幅的振幅继续传播； 所述保留复振 幅 的振幅在频谱面通过第二随机相位板(5)从而在频域上实现[0,2π] 的随机相位叠加， 再通 过第二傅里叶透镜(6)从频域进行逆傅里叶变换来到空域， 对逆傅里叶变换到空域后的平 行平面光束提取此时复振幅的相位作为私钥， 保留复振幅的振幅部 分作为一重实值加密图 像， 从而能够满足二维经验模态分解的条件； 二维经验模态分解加密模块主要由第一液 晶 空间光调制器(7)、 第二液晶空间光调制器(8)、 第三液晶空间光调制器(9)、 CCD探测器(10) 组成， 将一重加密图像看做一个二维信号便可以利用二维经验模态分解信号， 能够自适应 地将数据中的各种 频率分量有效分离， 在计算机中计算二维信号的均值包络， 将原信号减 去均值包络得到残余量， 若该残余量满足预设筛分准则 即得到原信号的一阶分量， 重复该 过程直至残余量为单调函数或常数； 通过二 维经验模态分解模块将一重加密图像进行二 维 经验模态分解得到多个分量图像， 将信息量最少的分量图像作为最终的输出， 其余分量作 为非对称光学加密系统中的公钥， 通过计算机 分别载入第一液晶空间光调制器(7)、 第二液 晶空间光调制器(8)、 第三液晶空间光调制器(9)， 平行平面光束在经过各个液晶空间光调 制器时都减少相应分量， 最 终输出的平面光波只携带信息量最少的分量， 实现二重加密， 二 重加密图像由CCD探测器(10)接收， 最终获得符合白噪声统计特性的稳定二重加密图像， 从 而提高光学加密系统的抗统计攻击能力和抗迭代 攻击能力， 进而提高非对称集成光学加密 系统的安全性和鲁棒 性。 6.如权利要求5所述的一种基于二维经验模态分解的非对称集成光学加密系统， 其特 征在于： 所述相位截断傅里叶变换加密模块对明文信息进行相位截断傅里叶变换， 实现方 法如下， 对携带物体明文信 息的平面波进行非对称加密处理， 入射的平行平面光束在空域上实 现[0,2π]的随机相位叠加， 随后提取傅里叶变换后的复振幅的相位作为私钥， 保留复振幅权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 1