한국광학회지

Optical encryption system using phase-encoded virtual image

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Published Jun 1, 2003• 0 citations

Abstract

본 논문에서는 위상 변조된 가상 영상과 간섭의 원리를 이용하여 영상의 암호화 및 복호화 수준을 향상시키는 방법을 제안하였다. 원 영상은 그레이 값을 가지는 가상 영상과 무작위 암호화 키, 그리고 복호화 키를 위상 변조하여 이들을 간섭계의 한 쪽 경로에 둠으로써 기준파와의 간섭에 의해서 간단히 복원될 수 있다. 제안한 암호화 과정은 원 영상의 어떤 정보도 포함하지 않은 위상 변조된 가상영상과 컴퓨터를 통해서 만들어진 무작위 영상(암호화 키)을 곱함으로써 암호화한다. 그러므로 허가되지 않은 사람들이 암호화키를 분석함으로써 있을 수 있는 복제 가능성을 배제하였다. 또한 그레이 영상을 암호화함으로써 이진 위상 암호화방법에 비해 암호화 수준이 높은 장점을 가진다. 컴퓨터 시뮬레이션과 광 실험을 통하여 제안한 방법이 광 암호화 시스템에 적합함을 확인하였다. In this paper, we propose an improved image encryption and decryption method using a phase-encoded virtual image and interference. An original image is simply decrypted by interfering a reference wave with the wave passing through a decrypting key and the encrypted image, where every image has grey level. The proposed encryption is performed by the multiplication of an encrypting key and a phase-encoded virtual image which dose not contain any information for the original image. Therefore even if unauthorized people analyze the encrypted image, they cannot reconstruct the original image. Also grey image encryption can improve the encryption level compared to binary image encryption. Computer simulation and optical experiments confirmed that the proposed technique is a simple for optical encryption.

DOI: 10.3807/kjop.2003.14.3.249

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Optical encryption and decryption technique using virtual image in frequency domain

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본 논문에서는 위상 변조된 가상 영상과 결합변환상관기를 이용하여 암호화 및 복호화 수준을 향상시키는 방법을 제안하였다. 원 영상은 주파수 영역에서 가상 위상 영상과 무작위 위상 영상의 곱을 퓨리에 변환하여 만든 암호화 영상과 제안한 위상 대응 규칙으로 만든 퓨리에 복호화 키를 퓨리에 변환하여 출력 평면에서 간단히 복원된다. 제안한 방법은 암호화된 영상을 허가되지 않은 사람들이 분석함으로써 있을 수 있는 복제 가능성을 원 영상의 어떤 정보도 포함하지 않은 가상 영상을 사용함으로써 배제할 수 있다. 또한 위상 변조된 영상의 자기상관성분의 세기는 1이므로 원 영상은 이 자기상관성분을 이용하여 재생되므로 결합변환상관기의 가장 큰 문제점인 자기상관성분을 제거해야 하는 문제를 해결할 수 있다 하지만 위상 암호화방법은 잡음이나 흠집에 민감하여 복원영상의 왜곡이 발생할 수 있으므로 본 논문에서는 이 문제를 분석하고 해결책을 제시하였다. 검증 실험을 통하여 분석의 타당성을 확인하고 제안한 암호화 방법이 광 암호화 시스템에 적용 가능함을 확인하였다. In this paper, we propose an improved image encryption and decryption method using a virtual image and a joint transform correlator (JTC). The encrypted image is obtained by the Fourier transform of the product of a virtual-phase image and a random-phase image, and a Fourier transform of the decrypting key generated by the proposed phase assignment rule is used as the Fourier decrypting key. Based on the solution, the original image is reconstructed using JTC in the frequency-domain. The proposed method using a virtual image, which does not contain any information from the original image, prevents the possibility of counterfeiting by unauthorized people. And also the auto-correlation terms, which are the drawback of a JTC system, contribute to reconstructing the original image rather than to disturbing its identification. But because phase-only encryptions are sensitive to noise and scratches, phase errors can be generated in fabricating the encrypted image or the Fourier decrypting key so the errors that are responsible for degradation of the quality of the reconstructed image are analyzed and the solution is demonstrated. Computer simulations show the solution, and the proposed method is very useful for JTC architecture.

한국광학회지Jun 1, 20030 citations

다중 위상 분할과 위상 랩핑 방법을 이용한 광 암호화 시스템

신창목, 김수중, 서동환

본 논문에서는 exclusive-OR 연산을 기반으로 암호화된 그레이 영상에 위상 랩핑(phase-wrapping)과 다중 위상 분할(multi-phase separation)방법을 적용하여 광학적 복호화가 용이하도록 한 광 암호화 시스템을 제안하였다. 암호화시 그레이 영상을 이진 영상들의 합으로 분리한 후 각각의 이진영상을 이진 무작위 영상과 변형된 XOR(modified XOR) 연산을 수행하고, 연산된 이진 영상들과 이진 무작위 영상들을 따로 결합한 후 이를 위상 부호화하여 암호화 영상과 키 영상을 만든다. 복호화시 암호화 영상과 키 영상의 위상 정보를 광소자로 구현할 경우 제어 가능한 위상 범위의 현실적 한계로 인해 그레이 정보 복원에 제약이 따른다. 따라서 위상 랩핑(phase-wrapping) 방법으로 암호화 영상과 키 영상의 위상 범위를 줄이고, 다중 위상 분할(multi-phase separation)로 이 영상들을 낮은 레벨의 위상영상들로 분할함으로써, 위상범위가 제한된 광소자로도 그레이 영상의 복호화가 가능하도록 하였다. 복호화는 암호화 영상과 키 영상의 곱을 기준파와 간섭시켜 간단히 구현하며, 컴퓨터 모의 실험을 이용해 제안한 방법의 타당성과 복호화시 위상 범위의 제한에 따른 영향을 분석하였다.

전자공학회논문지-SDJun 1, 20050 citations

가상 영상을 이용한 주파수 영역에서의 광학적 암호화 및 복호화 방법

서동환, 조규보, 박세준 +3 more

본 논문에서는 위상 변조된 가상 영상과 결합변환상관기를 이용하여 암호화 및 복호화 수준을 향상시키는 방법을 제안하였다. 원 영상은 주파수 영역에서 가상 위상 영상과 무작위 위상 영상의 곱을 퓨리에 변화하여 만든 암호화 영상과 제안한 위상 대응 규칙으로 만든 퓨리에 복호화 키를 퓨리에 변환하여 출력 평면에서 간단히 복원된다. 제안한 방법은 암호화된 영상을 허가되지 않은 사람들이 분석함으로써 있을 수 있는 복제 가능성을 원 영상의 어떤 정보도 포함하지 않은 가상 영상을 사용함으로써 배제할 수 있다. 또한 위상 변조된 영상의 자기상관성분의 세기는 1이므로 원 영상은 이 자기상관성분을 이용하여 재생되므로 결합변환상관기의 가장 큰 문제점인 자기상관성분을 제거해야 하는 문제를 해결할 수 있다. 하지만 위상 암호화 방법은 잡음이나 흠집에 민감하여 복원영상의 왜곡이 발생할 수 있으므로 본 논문에서는 이 문제를 분석하고 해결책을 제시하였다. 검증 실험을 통하여 분석의 타당성을 확인하고 제안한 암호화 방법이 광 암호화 시스템에 적용 가능함을 확인하였다.

한국광학회지Jun 1, 20030 citations

Optical Encryption using a Random Phase Image and Shift Position in Joint Transform Correlation Plane

Chang-Mok Shin

본 논문에서는 결합 변환 상관 평면에 이동 변위에 따른 위상 성분의 영향을 또 다른 암호화 매개변수로 이용하여 무작위 위상 영상과 매개 변수 값을 암호화요소로 사용하는 광 암호화방법을 제안하였다. 암호화과정 시 사용자만이 알고 있는 이동 변위 수치를 원 영상에 더하여 위상 변조한 후, 위상 변조한 무작위 위상과 공간 영역에서 곱한다. 곱해진 영상을 푸리에 변환을 하여 최종 암호화 영상을 생성하며, 이 때 키 영상은 무작위 위상 영상을 푸리에 변환하여 얻는다. 생성된 암호화 영상은 원 영상을 재생 시키 영상과 이동 변위 수치 정보가 동시에 필요로 하며, 키 영상은 복소함수로 세기 검출기로 쉽게 복제가 힘들뿐만 아니라 설사 키 영상이 복제하거나 도난 또는 분실된 경우에도 불법 사용자는 이동 변위 정보를 획득해야만 원 영상 정보를 재생할 수 있으므로, 좀 더 높은 암호화 수준으로 원 영상 정보를 보호할 수 있다. 복호화 과정은 결합 변환 상관 평면에 암호화 영상과 키 영상을 암호화 시 사용한 이동 변위 값에 따라 위치시켜 간단히 구현할 수 있으며, 간섭계 구조나 4-f 상관기 구조를 이용하지 않으므로 광축 정렬이나 외부 환경 변화에 영향을 받지 않고 원 영상을 재생할 수 있다. Most optical security systems use a 4-f correlator, Mach-Zehnder interferometer, or a joint transform correlator(JTC). Of them, the JTC does not require an accurate optical alignment and has a good potential for real-time processing. In this paper, we propose an image encryption system using a position shift property of the JTC in the Fourier domain and a random phase image. Our encryption system uses two keys: one key is a random phase mask and the other key is a position shift factor. By using two keys, the proposed method can increase the security level of the encryption system. An encrypted image is produced by the Fourier transform for the multiplication image, which resulted from adding position shift functions to an original image, with a random phase mask. The random phase mask and position shift value are used as keys in decryption, simultaneously. For the decryption, both the encrypted image and the key image should be correctly located on the JTC. If the incorrect position shift value or the incorrect key image is used in decryption, the original information can not be obtained. To demonstrate the efficiency of the proposed system, computer simulation is performed. By analyzing the simulation results in the case of blocking of the encrypted image and affecting of the phase noise, we confirmed that the proposed method has a good tolerance to data loss. These results show that our system is very useful for the optical certification system.

한국광학회지Mar 1, 20060 citations

두 선형 편광기와 위상 마스크를 사용한 광 암호화 시스템

배효욱, 신창목, 서동환 +3 more

본 논문에서는 마흐-젠더 간섭계에서 진행파의 위상정보와 직교 편광을 이용하여 광학적 암호화 시스템을 제안하였다. 두 개의 서로 직교편광의 가간섭성에 의해 간섭현상이 제거되기 때문에 복호 영상이 안정하다. 암호화 과정에서는 원 영상이 수직편광과 수평편광간의 상대적인 위상차에 의해 랜덤한 편광상태를 가지는 영상으로 암호화 된다. 따라서 랜덤한 편광분포로부터 원 영상의 정보를 알 수 없다. 영상을 복호화하기 위해서는 암호화된 영상의 랜덤한 편광분포를 서로 직교하는 두 성분으로 나누고 키영상을 간섭계에 수직 경로에 위치시킨다. 복호 영상은 검광기를 사용하여 세기형태로 재생하였다.

전자공학회논문지-SDMar 1, 20030 citations

세기검출기를 이용한 광 영상 암호화

이응대, 박세준, 이하운 +1 more

본 논문에서 위상변조와 푸리에 변환을 이용하여 이진 영상을 위한 새로운 암호화 방법을 제안한다. 복호를 위해서 제곱칙 특성을 이용한다. 키 영상은 랜덤 패턴의 위상변조와 그의 푸리에 변환으로 구해지며 입력 영상은 위상 변조된 랜덤 패턴과 위상 변조된 입력의 곱을 푸리에 변환함으로서 암호화된다. 암호화된 영상과 키 영상은 위상 정보만을 가지므로 일반 세기 검출기로는 복사나 위조가 불가능하며 복호는 키 영상에 의해서만 가능하다. 원 영상을 재생하기 위해, 키 영상과 암호화된 영상의 위상 마스크는 푸리에 변환 렌즈와 함께 각각 마흐-젠더 간섭계 경로에 따로 두며 출력 영상은 CCD 카메라에 세기 형태로 나타난다. 제안한 방법은 위상 변조기로 LCD를 사용하고 CCD 카메라의 특성을 이용하여 재생하므로 실시간 처리가 가능하다. 제안된 방법이 컴퓨터 모의 실험과 광학적 실험 결과 암호화 구조로서 우수한 성능을 갖음을 보여준다.

전자공학회논문지-SDMar 1, 20020 citations