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위상 천이 디지털 홀로그래피 및 디지털 워터마킹 기반 디지털 홀로그램의 이중 암호화
김철수(Kim Cheol-Su) 한국산업정보학회 2017 한국산업정보학회논문지 Vol.22 No.4
본 논문에서는 위상 천이 디지털 홀로그래피(PSDH; Phase-Shifting Digital Holography) 및 디지털 워터마킹(Digital Watermarking) 기반 디지털 홀로그램의 이중 암호화 기술을 제안한다. 이를 위해 먼저 디지털 워터마크에 사용할 로고 영상을 정하고, 이 영상에 대한 이진 위상 컴퓨터형성 홀로그램(CGH; Computer Generated Hologram)을 반복 알고리즘을 이용하여 설계한다. 그리고 랜덤하게 발생시킨 이진 위상 마스크를 워터마크로 정하고, 설계된 이진 위상 CGH와 XOR 논리연산을 통해 워터마크 정보에 대한 키 영상을 생성한다. 그리고 물체 영상을 위상 변조하여 세기가 일정한 함수로 만든 후, 워터마크인 랜덤하게 발생시킨 이진 위상 마스크를 곱하여 물체파를 생성한다. 이 물체파는 워터마크 정보가 포함된 잡음과 유사한 패턴을 가지는 1차 암호화된 영상이라고 할 수 있다. 이를 2-단계 PSDH기술을 적용하여 기준파와 간섭을 시키면 가시성이 향상된 최종 간섭무늬를 얻는다. 이 간섭패턴이 최종적으로 구하고자 하는 물체 영상의 2차 암호화된 영상이 된다. 암호화된 영상의 복호화는 2-단계 PSDH기술을 통한 암호화된 영상들을 이용하여 적절한 산술연산 처리한 후, 프레즈넬 변환 및 1차 암호화 과정의 역순으로 진행하면 된다. 제안된 방법의 암호화 및 복호화 기술은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 검증된다. In this Paper, Double Encryption Technology Based on Phase-Shifting Digital Holography and Digital Watermarking is Proposed. For the Purpose, we First Set a Logo Image to be used for Digital Watermark and Design a Binary Phase Computer Generated Hologram for this Logo Image using an Iterative Algorithm. And Random Generated Binary Phase Mask to be set as a Watermark and Key Image is Obtained through XOR Operation between Binary Phase CGH and Random Binary Phase Mask. Object Image is Phase Modulated to be a Constant Amplitude and Multiplied with Binary Phase Mask to Generate Object Wave. This Object Wave can be said to be a First Encrypted Image Having a Pattern Similar to the Noise Including the Watermark Information. Finally, we Interfere the First Encrypted Image with Reference Wave using 2-step PSDH and get a Good Visible Interference Pattern to be Called Second Encrypted Image. The Decryption Process is Proceeded with Fresnel Transform and Inverse Process of First Encryption Process After Appropriate Arithmetic Operation with Two Encrypted Images. The Proposed Encryption and Decryption Process is Confirmed through the Computer Simulations.
컴퓨터 홀로그래피와 프레넬 회절을 이용한 위상 영상 광 암호화 시스템
윤경효,신창목,조규보,김수중,김철수,서동환 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.41 No.11
In this paper, we propose a high-level optical encryption system, which is tolerant with noises and cropping, by encrypting the phase-encoded CGH pattern of original image with the phase-encoded Fresnel diffraction pattern of random key images. For encryption, the phase-encoded CGH pattern of original image is multiplied by conjugate components which are the phase-encoded Fresnel diffraction patterns of random key images. The original information can be reconstructed by multiplying encrypted image by phase-encoded Fresnel diffraction pattern of random key images and performing Fourier transform of the multiplication result. The proposed system is robust to noises and cropping due to characteristics of CGH pattern and can guarantee high-level encryption by using Fresnel diffraction information. We verified the validity of proposed system by computer simulations, numerical analysis of noises and cropping effect and optical experiment. 본 논문에서는 원 영상의 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram; CGH) 패턴을 위상 변조한 후, 위상 부호화한 무작위 키 영상들의 프레넬 회절(Fresnel difftaction) 위상 패턴과 곱하여 암호화함으로써 외부 교란이나 절단에 강하고, 암호화 수준이 높은 광 암호화 방법을 제안하였다. 암호화시 원 영상의 이진 CGH패턴을 위상 변조한 후, 이를 위상 키 영상들의 프레넬 회절 공액 위상정보와 곱하며, 복호화시 암호화 영상에 위상 키 영상들의 프레넬 회절 위상 정보를 다시 곱한 후 푸리에 변화시켜 원 영상 정보를 얻는다. 암호화 영상은 CGH 패턴 특성을 가지므로, 절단이나 외부 잡음에 강하며 프레넬 회절 정보를 이용하여 암호화함으로 높은 암호화 수준을 가진다. 컴퓨터 모의 실험을 통해 제안한 방법의 타당성을 확인하였으며 절단과 잡음에 대한 영향을 분석하였고, 위상 변조 특성이 있는 LCD를 사용하여 광학적으로 구현하였다.