DOI QR코드

DOI QR Code

Optical Encryption of Binary Information using 2-step Phase-shifting Digital Holography

2-단계 위상 천이 디지털 홀로그래피를 이용한 이진 정보 광 암호화 기법

  • 변현중 (수원대학교 전자공학과) ;
  • 길상근 (수원대학교 전자공학과)
  • Published : 2006.10.25

Abstract

We propose an optical encryption/decryption technique for a security system based on 2-step phase-shifting digital holography. Phase-shilling digital holography is used for recording phase and amplitude information on a CCD device. 2-step phase-shifting is implemented by moving the PZT mirror with phase step of 0 or ${\pi}/2$. The binary data and the key are expressed with random code and random phase patterns. The digital hologram is a Fourier transform hologram and is recorded on CCD with 256 gray level quantization. We remove the DC term of the digital hologram fur data reconstruction, which is essential to reconstruct the original binary input data/image. The error evaluation fer the decrypted binary data is analyzed. One of errors is a quantization error in detecting the hologram intensity on CCD, and the other is generated from decrypting the data with the incorrect key. The technique using 2-step phase-shifting holography is more efficient than a 4-step method because 2-step phase-shifting holography system uses less data than the 4-step method for data storage or transmission. The simulation shows that the proposed technique gives good results fur the optical encryption of binary information.

보안 시스템에서 2-단계 위상 천이 홀로그래피를 이용하여 이진 정보 광 암호화 기법을 제안하였다. 위상 천이 디지털 간섭계는 CCD 카메라를 이용하여 위상과 크기 정보를 기록할 수 있는 기법이다. 2-단계 위상 천이는 0과 ${\pi}/2$의 위상 천이 각을 갖도록 PZT 거울을 움직여서 구현하였다. 이진 정보와 암호키는 랜덤 코드와 랜덤 위상으로 표현하였고, 디지털 홀로그램은 푸리에변환 홀로그램으로 간섭무늬는 CCD를 이용하여 256 레벨의 양자화 된 광세기로 획득되었다. 데이터 복원 시 DC 성분 제거 방법을 사용하였다. 컴퓨터 모의실험을 통하여 데이터 복원과 양자화 과정에서의 양자화 레벨 변화량과 디지털 홀로그램 간섭무늬의 오차 픽셀수에 따른 오차 분석을 수행하였다. 이 결과를 이용하여 정보의 광학적 암호화에 적용이 가능함을 확인하였다.

Keywords

References

  1. B.Javidi , J.L.Horner, 'Optical pattern recognition for validation and security verification', Opt. Eng., vol. 33, pp. 1752-1756, 1994 https://doi.org/10.1117/12.170736
  2. P.Refregier, B.Javidi, 'Optical image encryption using input plane and Fourier plane random encoding', Opt. Lett., ol. 34, pp. 6012-6015, 1995 https://doi.org/10.1364/AO.34.006012
  3. G. Unnikrishnan and K. Singh, 'Double random fractional Fourier domain encoding for optical security', Opt. Eng., vol. 39, pp.2853-2859, 2000 https://doi.org/10.1117/1.1313498
  4. B. Javidi , T. Nomura, 'Securing information by means of digital holography', Opt. Lett., vol. 25, pp.28-30, 2000 https://doi.org/10.1364/OL.25.000028
  5. T. Nomura, A. Okazaki and B. Javidi, 'Image reconstruction from compressed encrypted digital hologram', Opt. Eng., vol. 44, 2005
  6. I. Yamaguchi , T. Zhang, 'Phase-shifting digital holography,' Opt. Lett., vol. 22, pp. 610-612, 1998 https://doi.org/10.1038/022610a0
  7. E. Tajahuerce, O. Matoba, S. C. Verrall, and B. Javidi, 'Optoelectronic information encryption with phase-shifting interferometry', Appl. Opt., vol. 39, pp.2313-2320, 2000 https://doi.org/10.1364/AO.39.002313
  8. Thomas M. Kreis, Werner P. O. Juptner 'Suppression of the dc term in digital holograph', Opt. Eng., vol. 36, 1997
  9. 이현진, 변현중, 길상근, '위상 천이 디지털 간섭계를 이용한 정보 암호화' COOC 2005
  10. 변현중, 길상근, '2-step 위상천이 디지털간섭계를 이용한 이진 데이터 암호화 및 복호화', 한국광학회 2006년도 하계학술발표대회, 2006
  11. U. Schnars, W. Jueptner, 'Digital Holography', Springer, Berlin, Germany, 2005
  12. Joseph W. Goodman, 'Introduction to Fourier Optics', Roberts & Company Publishers, Colorado, USA, 2005