集成成像作为一种三维传感与成像技术,产生的三维数字信息所占比重正在逐渐增加,这些三维数字信息如果被非法地复制、篡改与剽窃,它们的版权拥有者的权利将置于风险之中,高效地实现这类新媒体的数据加密、信息隐藏和数字水印已成为一个需要迫切解决的课题。本文系统总结了国内外光学信息安全、三维信息隐藏与数字水印的研究现状和科学技术问题,围绕基于集成成像技术的三维数据加密和数字水印展开研究,重点工作集中在三维光学集成成像加密体系的构建和技术实现方面,具体开展的工作如下:对基于集成成像技术的三维数字信息的产生机理进行了研究。研究了集成成像的工作原理,计算重构算法等内容,重点分析了微单元图像阵列的产生机理,集成成像系统参数和系统各性能指标之间的关系,图像立体显示存在降质失真现象的产生机理与改进方式。表明将三维物体的数字信息作为秘密信息或者原始载体,研究更安全、高效、便捷的三维信息加密、信息隐藏和数字水印是一个重要方向,切合实际应用的要求和技术发展规律,明确了三维新媒体的信息安全防护的重要价值与意义。本文论述了一种基于离散小波变换和集成成像技术的三维数字水印技术,采用离散小波变换和智能深度反转模型计算重构方法,选用彩色的微单元图像阵列作为载体图像和水印图像,设计并实现了基于离散小波变换的三维数字水印嵌入与提取算法,分析了能够增强抗攻击性能的原因与方法。实验结果证明:微单元图像阵列可以作为一种三维数字水印,符合透明性、安全性和稳健性等数字水印的特征要求,能够实现对新媒体的版权保护。该算法存在的不足是处理效率较低,嵌入水印信息的容量有限。提出一种联合离散菲涅尔衍射变换和集成成像技术的三维数字水印新方法,对微单元图像阵列实施了离散菲涅尔衍射变换和随机相位掩模板加解密处理,实现三维数字水印的嵌入与提取,还利用智能深度反转模型计算重构算法显示出三维数字水印。通过实验表明:三维数字水印系统使用三维数据(音频、图像、视频)作为水印,能够提高系统抵抗不同攻击的能力,增强系统的实时性、稳健性和安全性,显著提高了三维数字水印的嵌入容量。如果把传统的二维数字水印算法用于三维数字水印系统,将面临着实效性差、计算效率低、算法复杂度高,嵌入水印信息的容量有限等问题。所提新方法使三维光学数字水印系统向实用化方向迈出了重要一步。把光波传播规律和光学系统体系结构的几何参数等数字化信息作为密钥,通过设计多重“锁”和多重“密钥”,能够实现高密级的数据加密,增强信息隐藏和数字水印系统的安全性。本文提出一种菲涅尔域三维光学图像加密技术,在菲涅尔域,利用基于智能深度反转模型的计算集成成像技术和随机相位掩模板,实现对三维新媒体数据的加密与解密。通过实验,验证了系统的正确性和有效性,分析了衍射距离、光波波长、随机相位掩模板、透镜焦距等密钥参数对安全性的影响,研究了密钥参数与安全性之间的关系。提出了一种三维集成成像可逆信息隐藏系统,对其技术原理、实现算法与步骤等做了详细介绍,最后,通过仿真实验,表明数据嵌入率可以提升到1,与已有方法相比,提高了大约60%,解密图像质量高,还进一步分析讨论了密钥空间元素的变化对解密图像质量的影响。新系统具有数据嵌入率高,计算效率高、安全性高、实时性强等优点,能够满足可逆信息隐藏的性能指标要求。从现有文献来看,这是集成成像与密文域可逆信息隐藏的首次结合(joint)实践。“隔空传物”蓝景、轮廓、路线图和关键技术等,渐渐地从成点、串线、组面的研究成果中清晰起来。我们乐见其成,更盼其大。正如克劳德·香农所说的那样:“尽管我已经在问题的一些外围部分取得了些许进展,但要说到取得实质性结果,我仍然进展缓慢。”本文就是实现“隔空传物”的艰辛征程中,总结形成的初步理论成果。本文提出的集成成像密码系统与技术方法,其物理基础是光波的标量衍射理论,分析手段是傅里叶光学、计算光学信息处理、计算光学感知与成像、集成成像、光学图像加密、信息隐藏和数字水印等理论。研究方法可以拓展应用于三维新媒体信息隐藏和多媒体信息安全等领域,并能够更好地发挥出光学技术的优势。同时,本文的研究工作也为光学信息安全理论提供了一个新的有力例证。我们下一步将从密码分析学和信息论的角度,研究三维光学图像加密系统的特性,以及改进系统安全性的策略。从现有的研究工作可以看出,尽管仍然面临诸多挑战,三维多媒体信息安全正从科学理论研究走向工程技术实现。