광을 이용하여 암호화를 하는 경우는 위조 및 복제의 방지를 위하여 세기성분보다는 위상성분을 이용하여 주로 암호화를 하고 있다. 그러나 위상정보를 검출할 수 있는 장비가 개발된다면 정보를 유출 당할 수 있는 위험이 있다. 이러한 위험을 줄이기 위해 본 논문에서는 가상 위상영상을 이용하고 또한 정보를 다수가 공유할 수 있도록 시각 암호화(visual cryptography) 방법을 이용하여 정보를 보다 안전하게 보관하고 공유하는 시스템을 제안하였다. We propose an encryption method using visual cryptography and virtual phase images. In the encryption process, the original image is shared by virtual images and the decryption key image. We multiply the virtual phase images with each complex image, which has the constant value of its sum after performing the phase modulation of the virtual images and the decryption key. The encryption cards are made by Fourier transforming the multiplied images. It is possible to protect information about the original image because the cards do not have any information from the original image. To reconstruct the original image, all the encryption cards are placed on each path of a Mach-Zehnder interferometer and then the lights passing through them are summed. Since the summed image is inverse Fourier transformed by a Fourier lens, the phase image is multiplied with the decryption key and the output image is obtained in the form of intensity on the CCD plane. Computer simulations show a good performance of the pro-posed optical security system.
광을 이용하여 암호화를 하는 경우는 위조 및 복제의 방지를 위하여 세기성분보다는 위상성분을 이용하여 주로 암호화를 하고 있다. 그러나 위상정보를 검출할 수 있는 장비가 개발된다면 정보를 유출 당할 수 있는 위험이 있다. 이러한 위험을 줄이기 위해 본 논문에서는 가상 위상영상을 이용하고 또한 정보를 다수가 공유할 수 있도록 시각 암호화(visual cryptography) 방법을 이용하여 정보를 보다 안전하게 보관하고 공유하는 시스템을 제안하였다. We propose an encryption method using visual cryptography and virtual phase images. In the encryption process, the original image is shared by virtual images and the decryption key image. We multiply the virtual phase images with each complex image, which has the constant value of its sum after performing the phase modulation of the virtual images and the decryption key. The encryption cards are made by Fourier transforming the multiplied images. It is possible to protect information about the original image because the cards do not have any information from the original image. To reconstruct the original image, all the encryption cards are placed on each path of a Mach-Zehnder interferometer and then the lights passing through them are summed. Since the summed image is inverse Fourier transformed by a Fourier lens, the phase image is multiplied with the decryption key and the output image is obtained in the form of intensity on the CCD plane. Computer simulations show a good performance of the pro-posed optical security system.
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.
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.
In this paper, we propose an improved optical security system using three phase-encoded images and the principle of interference. This optical system based on a Mach-Zehnder interferometer consists of one phase-encoded virtual image to be encrypted and two phase-encoded images, en-crypting image and decrypting image, where every pixel in the three images has a phase value of '0'and' π '. The proposed encryption is performed by the multiplication of an encrypting image and a phase-encoded virtual image which dose not contain any information from the decrypted im-age. Therefore, even if the unauthorized users steal and analyze the encrypted image, they cannot reconstruct the required image. This virtual image protects the original image from counterfeiting and unauthorized access. The decryption of the original image is simply performed by interfering between a reference wave and a direct pixel-to-pixel mapping image of the en crypted image with a decrypting image. Computer simulations confirmed the effectiveness of the proposed optical technique for optical security applications.
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.
본 논문에서는 원 영상을 푸리변환한 후 위상 변조 XOR 연산으로 암호함으로써 정보의 손실에 강하며 한 개의 광 경로만으로 간단히 복호화 할 수 있는 위상 암호화 시스템을 제안하였다. 영 삽입된(zero-padded) 원 영상에 무작위 위상 영상을 곱하여 푸리에 변환된 데이터 값을 키 데이터와 위상 변조 XOR 연산으로 암호화한다. 이렇게 생성된 암호화 데이터와 키 데이터를 최종적으로 위상 변조하여 위상 암호화 영상과 위상 키 영상을 만든다. 위상 변조된 암호화 영상과 키 영상은 비가시성과 비선형성으로 인해 높은 정보보호의 특성이 있으며 또한, 푸리에 영역의 암호화로 인해 절단에 의한 정보의 손실에도 영상을 복호화 할 수 있다. 복호화 과정은 암호화 영상과 키 영상의 단순곱을 푸리에 변환한 후 영차 성분(zero-order component)을 공간 필터링함으로써 간단히 구현할 수 있으며, 복호화 시스템은 2공구조의 단일 경로의 구조를 바탕으로 하므로 부피가 상대적으로 작을 뿐만 아니라 외부 충격이나 기온 변화와 같은 환경적인 영향을 받지 않고 복호화를 수행할 수 있다. 제안한 암호화 과정과 복호화 시스템의 구현 가능성 및 타당성을 컴퓨터 모의실험을 통해 확인하였다. Phase-only encryption scheme using exclusive-OR rules in Fourier plane and a single path decryption system are presented. A zero-padded original image, multiplied by a random phase image, is Fourier transformed and its real-valued data is encrypted with key data by using XOR rules. A decryption is simply performed based on 2-1 setup with spatial filter by Fourier transform for multiplying phase-only encrypted data by phase-only key data, which are obtained by phase-encoding process, and spatial filtering for zero-order elimination in inverse-Fourier plane. Since the encryption process is peformed in Fourier plane, proposed encryption scheme is more tolerant to loss of key information by scratching or cutting than previous XOR encryption method in space domain. Compare with previous phase-visualization systems, due to the simple architecture without a reference wave, our system is basically robust to mechanical vibrations and fluctuations. Numerical simulations have confirmed the proposed technique as high-level encryption and simple decryption architecture.
In this paper, we proposed an optical encryption method based in the concept of visual cryptography and interferometry. In our method a secret binary image was divided into two sub-images and they were encrypted by ‘XOR’ operation with a random key mask. Finally each encrypted image was changed into phase mask. By interference of these two phase masks the original image was obtained. Compared with general visual encryption method, this optical method had good signal-to-noise ratio due to no need to generate sub-pixels like visual encryption.